Totul despre mutatii

Totul despre mutatii

Totul despre mutatii

1)Definitia mutatiei si tipuri de mutatii

Notiunea de mutatie a fost elaborata in anul1901 de catre Hugo de Vries care este autorul binecunoscutei teorii mutationiste.
Mutatia poate fi definita ca fenomenul prin care se produc modificari in materialul genetic, modificari ce nu sunt provocate de recombinarea genetica sau de segregare. Ele pot aparea in mod spontan si atunci sunt denumite mutatii naturale, sau pot fi induse experimental, fiind deci vorba de mutatii artificiale.Intre aceste doua tipuri de mutatii nu sunt deosebiri de ordin calitativ.
Mutatiile pot fi definite (E.Mayr-1963) si ca "modificari discontinue cu efect genetic". Ele pot afecta diferite unitati ale materialului genetic.Pe aceasta baza pot fi clasificate in : mutatii genetice cand afecteaza genele, mutatii cromozomiale care afecteaza cromozomii si mutatii genomice in cazul in care intreg genomul este afectat.
Dupa modul de exprimare fenotipica, mutatiile pot fi clasificate in dominante, codominante, semidominante si recesive.Evident ca o asemenea clasificare a lor se refera in mod special la organele diploide, la care mutageneza a creat relatii de alelism intre gene. La organismele haploideorice mutatie capata o exprimare fenotipica imediata, desi aceasta clasificare a genelor ramane valabila, mai ales in cazul diferitelor tulpini sau suse de la speciile haploide, intre care exista relatii de dominanta sau recesivitate in cazul incrucisarii.
IN functie de locul unde sunt plasate, mutatiile pot fi calsificate in mutatii autozomale plasate pe autozomi si mutatii heterozomale plasate pe heterozomi. Acest din urma tip de mutatii manifesta sex-linkage. De asemenea exista si mutatii extranucleare ale genelor din citoplasma.
O alta categorie o constituie mutatiile letale si semiletale care afecteaza gene de importanta majora in organism, prin a caror blocare se realizeaza moartea individului inainte de maturitatea sexuala.
Mutatiile pot afecta genele de diferite tipuri (structurale, operationale, reglatoare) care iau parte la realizarea reglajului genetic. De asemenea ele pot afecta regiuni mai mici sau mai mari situate de-a lungul genei. Cerccetari mai noi au aratat ca cea mai mica unitate mutationala este perechea de nucleotide. Acestea sunt denumite mutatii punctiforme, care sunt evident mutatii intragenice.
Daca prin mutatie gena normala a tipului salbatic se transforma intr-o alela diferita, atunci este vorba de o mutatie directa (forward mutation), intimp ce prin mutatie de reversie (back-mutation) aceasta gena se retransforma in tipul initial.
Daca mutatiile afecteaza celulele liniei germinale, atunci ele pot fi transmise ereditar prin gameti la noua generatie. Ca urmare, indivizii descendenti vor fii afectati de mutatia respectiva atat in ce priveste celulele germinale, cat si cele somatice. In cazul insa a organismelor multicelulare, in care mutatiile se produc in celule din care nu rezulta gameti, ci numai anumite tesuturi si la organul respectiv. Acest tip de mutatii nu se transmite la descendenti decat in cazul in care tesutul sau organul respectiv se obtin prin inmultire vegetativa indivizi care au apoi posibilitatea sa se reproduca sexuat.

2)Rata mutationista

Rata mutationista este data de frecventa aparitiei mutatiilor la nivelul unei singure gene. Rata mutationala la bacterii este de 1:10.000.000, la organismele pluricelulare ea este apreciata a fi 1:1.000.000. Aceasta inseamna ca rata mutationista este mai redusa in cazul din urma; avand in vedere faptul ca numarul total de gene este mai mare, probabilitatea aparitiei unei mutatii este relativ ridicata.

3)Importanta mutatiilor

Mutatiile afecteaza individul de cele mai multe ori in mod negativ, sunt indiferente in cazuri rare si avantajoase numai in cazuri exceptionale.

• Mutatiile stau la baza evolutiei.Modificarile genetice aparute la nivelul unei populatii sporesc variabilitatea acesteia.
• Poliplodiaconduce la cresterea in dimensiune a nucleului celular si, implicit, a celulei(relatia nucleu--citoplasma). Un numar ridicat de alele creste numarul de combinatii posibile ale acestora.
• La om mutatiile genereaza adesea boli si tulburari functionale(de exemplu boli metabolice, cancer).

4)Mutatiile si utilizarea lor in ameliorarea plantelor, animalelor si microorganismelor

Introducerea artificiala eficienta a mutatiilor cu ajutorul agentilor mutageni fizici si chimici a facut posibila utilizarea lor in ameliorarea organismelor.
Desi majoritatea mutatiilor artificiale au un caracter mai mult sau mai putin daunator, totusi un mic procent, dupa parerea lui A.Gustafson, aproximativ 1/1000, pot fi folosite direct sau indirectin practica.Tinand seama de acest fapt este necesara producerea unui numar cat mai mare de mutatii, fapt care permite selectia mutatiilor favorabile.Rezultatele pozitive prin folosirea metodelor combinate de tratament cu agenti mutageni si selectie s-au obtinut la plante in ceea ce priveste rezistenta la boli si daunatori. Descendentii plantelor tratate in numar suficient de mare sunt cultivati intr-un mediu in care este prezent agentul patogen, astfel ca mutantele rezistente supravietuiesc si pot fi selectionate.
A.Möes(1959) si J.mackey(1964) au obtinut la grau, orz si avaz mutante rezistente la diferite specii de rugini, iar W.C.Gregory(1955) a izolat o mutanta de alune de pamant rezistenta la patatrea frunzelor, boala ce provoaca mari pagube la aceasta planta.
Radiatiile ionizate care produc numeroase rupturi cromozomiale au fost utilizate pentru transferul unui segment de cromozom si implicit de gene de la o specie la alta.
F.C.Elliot(1956) a reusit sa transfere prin iradiere rezistenta la rugini a speciei Agropyron elongatum la graul hexaploid(Triticum aestivum).Succesul acestei tehnici se bazeazape capacitatea radiatiilor de a produce rupturi cromozomiale si translocatii.
Cercetarile in domeniul mutagenezeila animale au dus la descoperirea unor mecanisme ale mutagenezei si chiar la obtinerea de mutante cu valoareeconomica. Este adevarat insa ca la animale rezultatele obtinute pana in prezent sunt mai modeste, comparativ cu cele de la plante. Totusi in cursul acestor cercetari s-au obtinut unele rezultate de insemnatate practica.
Cercetatorul japonez Y.Tazima a descoperit la viermele de matase(Bombyx mori)o mutanta care este folosita cu randament sporit in producerea matasii. Citologic s-a demonstrat ca aparitia mutantei se datoreste unei translocatii a unui segment din cromozomul II pe cromozomul Y. Indivizii cu translocatie sunt de sex feminin si prezinta pete pe corp ceea ce usureaza separarea lor de masculii lipsiti de pete. La viermele de matase identificarea masculilor este foarte importanta deoarece produc mai multa matase decat femelele. Mutanta cu pete pe corp nu putea fi folosita in practica deoarece translocatia producea un dezechilibru al intregului organism. De aceea s-au iradiat cu radiatii X un numar mare de indivizi, fapt care a provocat numeroase rupturi cromozomiale. Dintre acestia s-au selectionat mutantele le care s-a eliminat o portiune din fragmentul suplimentar de la cromozomul Y, facand astfel utila pentru practica mutanta aparuta natural.
O alta translocatie aparuta in urma iradierii la viermele de matase consta in atasarea unui mic fragment de cromozom ce poarta o gena care determina culoarea neagra a oualor, pe cromozomul X. Tinand seama de determinismul genetic al sexelor la aceasta specie la care femelele gonozomii XY, iar masculii XX, rezulta ca ouale din care provin masculii sunt albe. Cu ajutorul unei celule fotoelectrice, ouale pot fi separate dupa culoare, fapt care face posibila cresterea exclusiva a masculilor care sunt mai productivi.

5)Procesul reparator

Cu toate ca organismele sunt supuse actiunii unor agenti fizici si chimici, naturali, cum sunt radiatiile UV radiatiile radioactive de sol, substantele chimice si factorii fizici(raze X,UV,γ)utilizate pentru terapie sau diagnostic, proportia de organisme anormale sau mutagene este redusa datorita diferentierii unor mecanisme de corectare a erorilor, iar aparitia de mutatii in natura se explica prin aceea ca mecanismele enzimatice de corectare a erorilor nu sunt perfecte. Mecanismele de reparare, care sunt de natura enzimatica, sunt avantajoase specii, asigurand mentinerea stabilitatii sale genetice in mediul care determina aparitia mutatiilor cu o rata mare. Au fost descrise mai multe sisteme de reparare,care se intalnesc in intreaga lume vie(bacterii, alge, ciuperci) plante si animale superioare, inclusiv la om.
Aceste sisteme de reparare sunt:
-- fotoreactivare
-- excizie
-- post replicativa prin recombinare
-- repararea inductibila S.O.S.
Diversitatea sistemelor reparatorii se explica pe baza varietatii leziunilor produse in AND de factorii endogeni sau exogeni(mutageni fizici, chimici si biologici).
Dintre leziunile identificate in structura AND-ului amintim:-- distorsiuni ale macromoleculei de AND dublu catenare cauzate de alkilarea, hidratarea sau substitutia unei baze, dimerizarea bazelor azotate;
--rupturi mono- sau dublu catenare.
Reactiile procesului reparator pot fi blocateprin actiunea directa asupra genelor care controleaza sinteza enzimelor reparatorii, sau actionandu-se asupra produselor genelor, blocandu-le activitatea. Actiunea asupra genelor se realizeaza prin iradierea celulelor sau prin tratarea cu substante chimice(cofeina,acriflavina,etc.).