Mutaciones del ADN causadas por cambios cromosómicos

En los eucariotas, los cromosomas son los portadores del material genético, el ADN. Cuando el número de cromosomas cambia (falta, aumenta) o cambia la estructura de los cromosomas, la información genética cambia en consecuencia, lo que resulta en cambios en las características de la descendencia del organismo, lo que se llama variación cromosómica. Es un tipo de variación hereditaria. Según la causa de la variación, se puede dividir en dos categorías: variación estructural y variación cuantitativa. Las variaciones en la estructura cromosómica se descubrieron por primera vez en Drosophila melanogaster. Los genetistas descubrieron deleciones cromosómicas en 1917, duplicaciones cromosómicas en 1919, translocaciones cromosómicas en 1923 e inversiones cromosómicas en 1926. Se han realizado estudios genéticos detallados sobre diversas variaciones estructurales cromosómicas en los cromosomas de las glándulas salivales de las larvas de Drosophila.

La aparición de variación estructural cromosómica es el resultado de la acción simultánea de factores internos y externos. Los factores externos incluyen diversos rayos, sustancias químicas, cambios drásticos de temperatura, etc., mientras que los factores internos incluyen trastornos de los procesos metabólicos. en los organismos, envejecimiento, etc. Bajo la influencia de estos factores, los cromosomas pueden romperse y los extremos rotos tienen la capacidad de sanar y volver a unirse. Cuando los cromosomas se rompen en diferentes segmentos y se vuelven a unir de diferentes maneras dentro de un mismo cromosoma o entre diferentes cromosomas, se producirán diversas variaciones estructurales. Estas variaciones estructurales se presentan a continuación.

1. La deleción se refiere a un fenómeno en el que un determinado segmento de un cromosoma y el gen que porta se pierden juntos, provocando una mutación. Si el fragmento faltante es el segmento externo de un brazo cromosómico, se denomina deleción apical; si es el segmento medio de un brazo cromosómico, se denomina deleción intermedia. Las deleciones homocigotas pueden causar letalidad o anomalías fenotípicas. En un heterocigoto, si se elimina el segmento cromosómico que porta el alelo dominante, el alelo recesivo puede realizar su efecto fenotípico, lo que da como resultado la llamada falsa dominancia. En los heterocigotos por deleción, debido a que el cromosoma eliminado no puede emparejarse completamente con su cromosoma homólogo normal, cuando los cromosomas homólogos hacen sinapsis, se puede ver que el cromosoma normal tiene un segmento adicional (deleción superior) o forma una estructura arqueada (deleción media). una sección o nudo adicional en el cromosoma normal es exactamente la parte faltante correspondiente en el cromosoma faltante. Los efectos genéticos de una deleción varían según el tamaño del fragmento eliminado y la etapa de desarrollo de la célula. En la ontogenia, cuanto antes se produce la eliminación, mayor es el impacto. Cuanto más grande es el fragmento faltante, más grave es el impacto en el individuo. En el peor de los casos, puede causar la muerte del individuo y, en el peor, afectar la vitalidad del individuo. En genética humana, las deleciones cromosómicas a menudo causan enfermedades genéticas graves, como el síndrome del maullido del gato. Las eliminaciones se pueden utilizar para el mapeo de genes.

2. El fenómeno de mutación provocado por la adición del mismo segmento en un cromosoma se llama duplicación. En complejos complejos, cuando los cromosomas homólogos hacen sinapsis, los segmentos repetidos del cromosoma duplicado forman un arco, o un segmento más largo que el cromosoma normal. Las duplicaciones causan efectos genéticos menores que las eliminaciones. Sin embargo, si la parte repetitiva es demasiado grande, también afectará la vitalidad del individuo e incluso provocará su muerte. Por ejemplo, los ojos bastones de las moscas de la fruta son el resultado de la duplicación de segmentos específicos del cromosoma X. Las duplicaciones generalmente tienen menos efectos adversos en los organismos que las eliminaciones, por lo que son más fáciles de preservar en poblaciones naturales. La repetición juega un papel importante en la evolución de los organismos. Esto se debe a que "el exceso de genes puede mutar en múltiples direcciones sin dañar las funciones normales de las células y los individuos. El resultado final de la mutación puede hacer que el" exceso de gen "se convierta en un nuevo gen que pueda realizar nuevas funciones, proporcionando así una adaptación biológica a nuevas las circunstancias ofrecen oportunidades. Por lo tanto, en genética, la repetición suele considerarse una fuente importante de nuevos genes.

3. Se refiere al fenómeno de que el segmento interno de un cromosoma se invierte 180°, lo que provoca que se invierta la secuencia genética original del segmento. El segmento de inversión involucra solo un brazo del cromosoma, lo que se llama inversión intrabrazo; cuando involucra dos brazos, incluido el centrómero, se llama inversión entre brazos; El efecto genético de la inversión es, en primer lugar, cambiar la relación de vinculación entre los genes dentro y fuera del segmento invertido, y también cambiar la expresión normal del gen debido al cambio de posición. Cuando los heterocigotos de inversión se asocian, pueden formar anillos de inversión característicos, lo que provoca esterilidad parcial y reduce la tasa de recombinación de genes vinculados.

La mayoría de los gametos formados por heterocigotos de inversión son anormales, lo que afecta la fertilidad de los individuos. Los homocigotos invertidos suelen ser incapaces de reproducirse sexualmente con individuos de la especie original, pero el aislamiento reproductivo formado de esta manera proporciona condiciones favorables para la evolución de nuevas especies. Por ejemplo, hay tres genes en el cromosoma 3 de las moscas de la fruta comunes ordenados en el orden ojo escarlata-ojo de melocotón-venas triangulares de las alas (St-P-Dl); -P, y esta diferencia en la inversión por sí sola constituye la diferencia entre las dos especies. 4. Translocación. La translocación es un fenómeno en el que un segmento de un cromosoma se transfiere a otro cromosoma no homólogo, provocando mutaciones. Si dos cromosomas no homólogos intercambian segmentos entre sí, se denomina translocación recíproca y este tipo de translocación es relativamente común. El efecto genético de la translocación recíproca es principalmente producir gametos parcialmente anormales, lo que puede reducir la fertilidad de los gametos o producir descendencia con enfermedades genéticas. El híbrido de translocación puede aparecer en una configuración típica en forma de cruz durante las etapas eventena y paquitena de la meiosis, y puede desarrollarse en una configuración en forma de anillo, cadena o ∞ durante las etapas terminal o metafase de la meiosis. La consecuencia directa de la translocación es cambiar el grupo de enlace original. Algunos de los gametos producidos por heterocigotos de translocación contienen cromosomas duplicados o eliminados, lo que resulta en una esterilidad parcial o semiesterilidad. Por ejemplo, la leucemia mielógena crónica es causada por la translocación de los cromosomas humanos 22 y 14. La translocación juega un papel importante en la evolución biológica. Por ejemplo, entre las plantas con semillas de 29 géneros de 17 familias, existen tipos de mutaciones causadas por translocaciones. Las casi 100 variedades de Datura stramonium son el resultado de diferentes translocaciones cromosómicas. 1. Variación de la euploidía. Se refiere a la mutación en la que un conjunto de cromosomas con una determinada cantidad de cromosomas muestra un aumento o disminución integral. Los iploides tienen un solo conjunto de cromosomas, generalmente representado por una X. Diploide tiene 2 juegos de cromosomas. Aquellos con 3 o más conjuntos de cromosomas se denominan colectivamente poliploidía, como triploidía, tetraploidía, pentaploidía, hexaploidía, etc. La poliploidía extraña generalmente causa infertilidad grave debido a una meiosis anormal. Si los juegos adicionales de cromosomas son de la misma especie, se llama autopoliploidía. Si el número de cromosomas de una especie diploide se duplica directamente, el tetraploide resultante es un autotetraploide. Si se duplica el número de cromosomas en híbridos entre diferentes especies o géneros, el poliploide resultante se llama alopoliploidía. Las series alopoliploides son bastante comunes en las plantas. Según las estadísticas, alrededor del 30 al 35% de las angiospermas tienen series poliploides, mientras que el número de alopoliploides en las gramíneas llega al 75%. Muchas plantas cultivadas son alopoliploides naturales, como el trigo blando, que es alohexaploide, y el algodón americano (upland) y el tabaco común, que son alotetraploides. La poliploidía también se puede inducir artificialmente y el tratamiento con colchicina es la medida más eficaz para inducir la poliploidía.

2. Variación de la aneuploidía. El fenómeno de que el número de cromosomas 2n en un organismo aumenta o disminuye en uno o incluso varios cromosomas o brazos cromosómicos. Los organismos que exhiben este fenómeno se llaman aneuploides. La aneuploidía que involucra cromosomas completos se llama aneuploidía primaria; la aneuploidía que involucra brazos cromosómicos se llama aneuploidía secundaria. En la aneuploidía primaria, un organismo que pierde un par de cromosomas homólogos se llama nulosoma (2n-2); un organismo que pierde un cromosoma de un par de cromosomas homólogos se llama monosomía (2n-1); un cromosoma en un par de cromosomas homólogos se llama trisomía (2n 1); un organismo con la adición de un par de cromosomas homólogos se llama tetrasomía (2n 2). En la aneuploidía secundaria, el cromosoma que ha perdido un brazo se llama telómero. Si un organismo tiene un par de cromosomas homólogos, ambos telosomas, se llama dipelotelico; si solo uno del par de cromosomas homólogos es telotélico, se llama monoteloide. Un cromosoma que perdió un brazo y copió el otro brazo en dos brazos homólogos se llama cromosoma isobrazo. Los organismos con cromosomas de este tipo se denominan isometrías. El cuerpo isobárico también se divide en cuerpo isobárico simple y cuerpo isobárico doble. Dado que las células somáticas de cualquier especie tienen n pares de cromosomas, cada especie puede tener n telosomas, monosomías, trisomías y tetrasomías diferentes, así como 2n telosomas e isosomas diferentes. Por ejemplo, n=21 para el trigo blando, por lo que hay 21 tipos de oligosomas, monómeros, trisomías y tetrasomías, mientras que puede haber 42 tipos de cuerpos terminales e isosomas. La variación aneuploidía en el número de cromosomas puede causar un desequilibrio genético y anomalías meióticas en los organismos, lo que resulta en una disminución de la vitalidad y la fertilidad.

Sin embargo, la tolerancia de un organismo a la ganancia cromosómica es generalmente mayor que su tolerancia a la pérdida cromosómica. Los efectos adversos causados ​​por el aumento o disminución de un cromosoma son generalmente menores que el aumento o disminución de más de un cromosoma. Las series de aneuploidías tienen importancia teórica para la localización cromosómica de genes y la determinación de relaciones de homología parcial entre miembros de grupos de cromosomas relacionados. Además, el uso de series de aneuploidías para introducir cromosomas y genes exógenos beneficiosos en plantas cultivadas también tiene un valor de aplicación importante. Por ejemplo, la variedad de trigo Xiaoyan 759 es una línea adicional adicional de trigo blando con la adición de un par de cromosomas de Trichophyton, mientras que el trigo azul es una línea resultante en la que el cromosoma 4D del trigo ordinario se reemplaza por el cromosoma 4E de Trichophyton.

Muchos cánceres, como el cáncer de pulmón y el cáncer intestinal, son causados ​​por variaciones en el número de cromosomas en las células tumorales, y los científicos también han descubierto que mutaciones en los factores reguladores celulares o en las proteínas del huso pueden causar que los cromosomas no se produzcan. disyunción (cromosoma La no disyunción se refiere al fenómeno de que cuando la división celular entra en las etapas media y tardía, un par de cromosomas homólogos o monómeros hermanos no se mueven a los dos polos respectivamente, lo que resulta en un aumento en el número de un cromosoma y una disminución en el número del otro en la célula hija), provocando así cambios en el número de cromosomas.