Спонтанный и индуцированный мутагенез. Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости Н.И. Вавилова.

По причинам, вызвавшим мутации их подразделяют на спонтанные и индуцированные. Спонтанные (самопроизвольные) мутации происходят под действием естественных мутагенных факторов внешней среды без вмешательства человека. Индуцированные мутации — результат направленного воздействия определенных мутагенных факторов. Они применяются в селекции при создании новых сортов растений, в микробиологии при разработке новых штаммов бактерий, сывороток против разных болезней.

Закон был сформулирован Н.И. Вавиловым в 1920 г. на основе изучения изменчивости признаков у видов и родов злаков и других семейств. Закон гласит: 1. Виды и роды генетически близкие, характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости с такой правильностью, что, зная ряд форм для одного вида, можно предвидеть нахождение параллельных форм у других видов и родов. Чем ближе расположены в общей системе роды, тем полнее сходство в рядах их изменчивости.

2. Целые семейства растений, в общем, характеризуются определенным циклом изменчивости, проходящей через все роды, составляющие семейство.

В основе закона гомологических рядов лежит параллелизм генотипической изменчивости у особей со сходным набором генов.

Закон гомологических рядов дает возможность селекционерам проводить искусственный отбор различными методами: от нахождения нужных форм в природе или выявлении их при инбридинге до получения этих форм с использованием мутагенов. Биохимические механизмы закона гомологических рядов изучаются на разных объектах — от изменений метаболизма бактерий в процессах микробиологического синтеза до наследственных заболеваний человека.

Факторы мутагенеза. Мутагенные факторы подразделяют на: а) физические; б) химические; в) биологические.

К физическим мутагенным факторам относятся различные виды излучений, температура, влажность и др. Основные механизмы их действия: 1) нарушение структуры генов и хромосом; 2) образование свободных радикалов, которые вступают в химическое взаимодействие с ДНК; 3) разрывы нитей ахроматинового веретена деления; 4) образование димеров.

К химическим мутагенам относятся: а) природные органические и неорганические вещества (нитраты, алкалоиды, гормоны, ферменты и др.);

б) продукты промышленной переработки природных соединений — угля, нефти; в) синтетические вещества, ранее не встречавшиеся в природе (пестициды, инсектициды, пищевые консерванты, лекарственные вещества);

Химические мутагены обладают большой проникающей способностью, вызывают преимущественно генные мутации и действуют в период репликации ДНК.

К биологическим мутагенам относятся: а) вирусы (кори, гриппа), б) невирусные паразитарные агенты (микоплазмы, бактерии, простейшие, гельминты). Механизмы их действия: 1) вирусы встраивают свою ДНК в ДНК клеток хозяина; 2) продукты жизнедеятельности паразитов — возбудителей болезней действуют как химические мутагены.

Мутации характеризуют, как случайные ненаправленные события, потому что:

1) Они являются редкими исключениями в нормальном регуляторном процессе репликации ДНК, при котором обычно происходит точное копирование наследственной информации.

2) Невозможно узнать и предсказать возникновение мутации в определенном гене организма с возникновением мутации.

3) Они не обязательно увеличивают приспособленность организма к условиям его обитания.

Существует определенная закономерность по отдельным генам, которые мутируют с определенной частотой, что определяется мутабильностью генов. Мутабильность генов – это различия по частоте мутаций в разных хромосомах. Например, частота летальных мутаций в Х-хромосоме мухи дрозофилы равно 0,15%, а в У-хромосоме – 0,5%.