Примеры решения задач на хромосомные аберрации

Приложение 3.

Генетическое картирование - это определение группы сцепления и положения картируемого гена относительно других генов данной хромосомы.

Чем больше генов известно у данного вида, тем точнее результаты этой процедуры.

В руках генетиков кроссинговер оказался замечательным инструментом для изучения расположения генов в хромосоме.

Проблемный вопрос. Генетические карты составлены для дрозофилы, а среди млекопитающих - для мыши. Для человека анализ сцепления генов классическими методами, разработанными для дрозофилы, невозможно. Почему? Какова ваша точка зрения? Из дополнительной литературы вы должны были выяснить, как проводится картирование хромосом человека.

Предположим, что:

· хромосома - это линейная структура ("нитка");

· гены расположены на хромосоме друг за другом (как бусины на нитке);

· точка пересечения хромосом при кроссинговере одинаково часто лежит в любом месте хромосом.

Из этих предположений можно получить следующий вывод: чем дальше друг от друга гены лежат в хромосоме, тем чаще для них будет наблюдаться кроссинговер.

Таким образом, вероятность расхождения генов при кроссинговере зависит от расстояния между генами на хромосоме.

Значит, измеряя частоту кроссинговера между разными генами, можно определить расстояние между ними на хромосоме. Таким образом, изучение кроссинговера позволяет определить положение генов на хромосоме и расстояние между ними, т.е., как говорят, построить генетическую карту хромосомы.

При построении генетических карт было выяснено, что число генов на хромосоме примерно пропорционально длине хромосомы: на длинных хромосомах расположено больше генов. Генетические карты составлены для многих животных и растений, а также для человека. При составлении генетических карт человека было показано, что перекрест между двумя генами происходит в 1% случаев, если расстояние между ними на молекуле ДНК составляет примерно миллион нуклеотидов. Подробные карты имеются для кукурузы и некоторых лабораторных животных.

На первом этапе картирования определяют принадлежность гена к той или иной группе сцепления.

Второй этап картирования подразумевает определение положения гена на хромосоме.

Метод цитологических карт основан на использовании хромосомных перестроек. При облучении и действии других мутагенов в хромосомах часто наблюдаются потери (делеции) или вставки (дупликации) небольших фрагментов, сравнимых по величине с одним или несколькими локусами. Значение генетических карт позволяет планировать работу по получению организмов с определенными сочетаниями признаков, что используется в генетических экспериментах селекционной практике. Сравнение генетических карт хромосом разных видов способствует эволюциоонному процессу. На основе же генетических карт проводят генетический анализ.

Примеры решения задач на хромосомные аберрации

(хромосомные мутации, хромосомные перестройки)

1. Инверсия – поворот участка хромосомы на 180 градусов и расположение генов в обратной последовательности. Механизм образования инверсий: возникают два разрыва хромосомы либо на разных расстояниях от центромеры, либо на одинаковых, и происходит поворот сегмента хромосомы на 180 градусов. Порядок расположения генов при этом в перевернутом сегменте изменятся. При инверсии меняется эффект положения гена и фенотип. Примером инверсии могут служить различия хромосомных наборов в семействе кошачьих. Диплоидный набор хромосом в клетках у представителей данного семейства составляет 2n=36. Однако каждый вид отличается наличием инверсии в определенных хромосомах, и соответственно, характеризуется обусловленными этим морфологическими и физиологическими признаками.

2. Делеция – выпадение центрального участка хромосомы. Примеры. Делеция короткого плеча 5-ой хромосомы – синдром «кошачьего крика». Для ребенка с этим синдромом характерно лунообразное лицо, микроцефалия (аномально уменьшенная голова), умственное и физическое недоразвитие. При данном синдроме у новорожденного отмечается специфический плач, напоминающий скорее кошачий крик, чем плач младенца, что обусловлено патологией гортани и голосовых связок.
При хроническом миелоидном лейкозе наблюдается делеция длинного плеча 21-й хромосомы. Делеция возникает в одной из кроветворных клеток как соматическая мутация и способствует развитию заболевания.

3. Хромосомные аберрации (chromosome aberrations, греч. chroma — цвет, окраска и soma — тело; лат. aberratio — уклонение) - различные изменения структуры хромосом (нехватки, транслокации, инверсии, дупликации), затрагивающие обе хроматиды, поскольку эти изменения происходят до начала репликации, т. е. на стадии G₁ клеточного цикла. Иногда под хромосомными аберрациями подразумевают весь комплекс нарушений генома на уровне отдельных хромосом.

Образцы задач

Задача 1.

Рассмотрите ри­су­нок с при­ме­ра­ми хро­мо­сом­ных мутаций. Под циф­рой 3 на нём обо­зна­че­на хро­мо­сом­ная пе­ре­строй­ка... (за­пи­ши­те в от­ве­те тер­мин)

Пояснение.

Дупликация (3) — разновидность хромосомных перестроек, при которой участок хромосомы оказывается удвоенным.

Делеции (1, 2) — утрата участка хромосомы.

Инверсия (4) — изменение структуры хромосомы, вызванное поворотом на 180° одного из внутренних её участков.

Ответ: 3.
Задача 2 В результате мутации последовательность генов в хромосоме изменилась с ABCDEFGH на ABCFDFH. Определите тип хромосомной мутации.
Решение:
Выпишем первоначальную последовательность генов - ABCDEFGH, под ней запишем полученную в результате мутации - ABCFDFH:
ABCDEFGH
ABCFDFH

Из такой записи становится понятным, что 1) поменялись местами гены (D) и (F), т.е. имела место инверсия¹ и 2) выпал ген (G), т.е. имела место делеция². Таким образом, в данном случае произошли делеция и инверсия генов одновременно, т.е. хромосомная мутация (аберрация³).
Задача 3 В геноме организма в результате действия токсинов произошла хромосомная перестройка между генами, находившимися в одной хромосоме. Последовательность генов изменилась с ABCDEFGH на ABCFEDGH. Определите тип мутации.
Решение:
Выпишем первоначальную последовательность генов - ABCDEFGH, под ней запишем полученную в результате мутации - ABCFEDGH, получим:
ABCDEFGH
ABCFEDGH

Из такой записи становится понятным, что 1) поменялись местами гены (D) и (F), т.е. имела место инверсия¹. Таким образом, в данном случае произошла инверсия генов, т.е. хромосомная мутация (аберрация³).

Задача 4 Охарактеризуйте кариотип клетки, содержащий следующую мутацию: 46,XY, 13+, 21-
Решение:
В кариотипе 46 хромосом, половые хромосомы XY, т.е. пол мужской, имеется дополнительная 15 хромосома, одновременно отсутствует хромосома из 21 пары. Это геномная мутация.

Задача 5 В соматических клетках капусты установлено 36 хромосом вместо18.Охарактеризуйте эту мутацию.
Решение:
Нормальный кариотип капусты 2 n = 18. Значит гаплоидный набор будет n = 9. Тогда 36: 9 = 4, значит мутантное растение имеет тетраплоидный набор хромосом. Это геномная мутация, называется полиплоидия (тетраплоидия).