Uvod

Kromosomske nepravilnosti običajno povzročajo celo vrsto motenj v zgradbi in delovanju različnih organov ter vedenjske in duševne motnje. Med slednjimi pogosto najdemo številne tipične značilnosti, kot so duševna zaostalost različnih stopenj, avtistične lastnosti, nerazvite socialne interakcijske veščine, vodilna asocialnost in antisocialnost.

Vzroki za spremembe v številu kromosomov

Spremembe v številu kromosomov se pojavijo kot posledica kršitve delitve celic, kar lahko vpliva tako na spermo kot na jajčece. Včasih to vodi do kromosomskih nepravilnosti

Kromosomi vsebujejo genetske informacije v obliki genov. Jedro vsake človeške celice, razen jajčeca in semenčice, vsebuje 46 kromosomov, ki tvorijo 23 parov. En kromosom v vsakem paru prihaja od matere, drugi pa od očeta. Pri obeh spolih je 22 od 23 parov kromosomov enakih, le preostali par spolnih kromosomov je drugačen. Ženske imajo dva kromosoma X (XX), moški pa en kromosom X in en kromosom Y (XY). Zato je normalni nabor kromosomov (kariotip) za moškega 46, XY, za ženske pa 46, XX.

Če pride do napake pri posebni vrsti celične delitve, pri kateri nastanejo jajčeca in semenčice, nastanejo nenormalne zarodne celice, kar povzroči rojstvo potomcev s kromosomsko nepravilnostjo. Kromosomsko neravnovesje je lahko kvantitativno in strukturno.

Obstajajo štiri glavne kvantitativne kromosomske nepravilnosti, od katerih je vsaka povezana s specifičnim sindromom:

47, XYY - XYY sindrom;

47, XXY - Klinefelterjev sindrom;

45, X - Turnerjev sindrom;

47, XXX - trisomija.

kromosomska nenormalnost antisocialna karakterološka

Dodaten Y kromosom kot vzrok za antisocialnost

Kariotip 47, XYY se pojavi samo pri moških. Značilni znaki ljudi z dodatnim kromosomom Y so visoka višina. Hkrati se pospešek rasti začne v dokaj zgodnji starosti in traja zelo dolgo.

Pogostnost te bolezni je 0,75 - 1 na 1000 ljudi. Citogenetska preiskava, opravljena leta 1965 v Ameriki, je pokazala, da je imelo od 197 duševnih bolnikov, ki so bili posebej nevarni pod strogim nadzorom, 7 kromosomski niz XYY. Po angleških podatkih ima med kriminalci, višjimi od 184 cm, približno vsak četrti človek ta nabor kromosomov.

Večina obolelih za sindromom XYS ne pride v konflikt z zakonom; nekateri med njimi pa zlahka podležejo impulzom, ki vodijo v agresijo, homoseksualnost, pedofilijo, krajo, požig; kakršna koli prisila jim povzroča izbruhe jeze, ki jih zaviralni živci zelo slabo nadzorujejo. Zaradi dvojnega kromosoma Y postane kromosom X »krhek« in nosilec tega sklopa postane tako rekoč nekakšen »super-človek«.

Poglejmo si enega bolj senzacionalnih primerov tega pojava v svetu kriminala.

Leta 1966 je javnost razburil incident v Chicagu, ko je moški z imenom Richard Speck brutalno umoril osem študentk medicine. 14. julija 1966 so ga pripeljali na obrobje Chicaga, kjer je potrkal na vrata hiše, kjer je. živelo devet študentk medicine. Študentu, ki je odprl vrata, je obljubil, da ne bo nikogar poškodoval, češ da potrebuje le denar za nakup vozovnice do New Orleansa. Ko je vstopil v hišo, je vse študente zbral v eni sobi in jih povezal. Ko je ugotovil, kje je denar, se ni pomiril in je izbral eno od študentk in jo odpeljal iz sobe. Kasneje je prišel še po enega. V tem času se je eno od deklet, čeprav je bilo zvezano, uspelo skriti pod posteljo. Vsi drugi so bili pobiti. Posilil je eno od deklet. Po tem je odšel v najbližji pub, da bi se z izkupičkom 50 dolarjev podal. Nekaj ​​dni kasneje so ga ujeli. Med preiskavo je poskušal narediti samomor. Richardu Specku, morilcu osmih študentk, so na krvnem testu odkrili dodaten kromosom Y - "kromosom zločina".

Vprašanje potrebe po zgodnji identifikaciji kromosomskih aberantov s kariotipom XYY, potrebe po posebnih ukrepih za zaščito tako splošne populacije kot tudi kriminalcev z nižjim potencialom agresivnosti pred njimi je že veliko obravnavano v tuji genetski in pravni literaturi.

Odrasel moški, ki mu je prvič diagnosticiran kariotip 47, XYY, potrebuje psihološko podporo; Morda bo potrebno medicinsko genetsko posvetovanje.

Ker je kariološka izolacija posameznikov s sindromom XYY med visokimi kriminalci tehnično zahtevna naloga, so se pojavile hitre metode za identifikacijo dodatnega kromosoma Y, in sicer barvanje brisov ustne sluznice z akrikvinipritom in fluorescentna mikroskopija (YY je označen v obliki dveh svetlečih pik).

Sprememba števila kromosomov v celici pomeni spremembo genoma. (Zato takšne spremembe pogosto imenujemo genomske mutacije.) Znani so različni citogenetski pojavi, povezani s spremembami števila kromosomov.

Avtopoliploidija

Avtopoliploidija je ponavljajoče se ponavljanje istega genoma oziroma osnovnega števila kromosomov (x).

Ta vrsta poliploidije je značilna za nižje evkarionte in kritosemenke. Pri večceličnih živalih je avtopoliploidija izjemno redka: pri deževnikih, nekaterih žuželkah, nekaterih ribah in dvoživkah. Avtopoliploidi pri ljudeh in drugih višjih vretenčarjih umrejo v zgodnjih fazah intrauterinega razvoja.

Pri večini evkariontskih organizmov osnovno število kromosomov (x) sovpada s haploidnim nizom kromosomov (n); v tem primeru je haploidno število kromosomov število kromosomov v celicah, ki nastanejo v akordu mejoze. Nato diploid (2n) vsebuje dva genoma x in 2n=2x. Vendar pa pri mnogih nižjih evkariontih, mnogih spornih rastlinah in kritosemenkah diploidne celice ne vsebujejo 2 genoma, ampak neko drugo število. Število genomov v diploidnih celicah imenujemo genomsko število (Ω). Zaporedje genomskih števil se imenuje poliploidna serija.

Obstajajo uravnoteženi in neuravnoteženi avtopoliploidi. Uravnoteženi poliploidi so poliploidi s sodim številom kromosomskih nizov, neuravnoteženi poliploidi pa so poliploidi z lihim številom kromosomskih nizov, npr.

neuravnoteženi poliploidi

haploidi

triploidi

pentaploidi

hektaploidi

eneaploidi

uravnoteženi poliploidi

diploidi

tetraploidi

heksaploidi

oktoploidi

dekaploidi

Avtopoliploidijo pogosto spremlja povečanje velikosti celic, pelodnih zrn in celotne velikosti organizmov ter povečana vsebnost sladkorjev in vitaminov. Na primer, triploidna trepetlika (3x = 57) doseže velikanske velikosti, je trpežna in njen les je odporen proti gnitju. Med kulturnimi rastlinami so razširjeni tako triploidi (številne sorte jagod, jablan, lubenic, banan, čaja, sladkorne pese) kot tetraploidi (številne sorte rži, detelje, grozdja). V naravnih razmerah se avtopoliploidne rastline običajno nahajajo v ekstremnih razmerah (na visokih zemljepisnih širinah, v visokogorju); Poleg tega lahko tukaj izpodrinejo običajne diploidne oblike.

Pozitivni učinki poliploidije so povezani s povečanjem števila kopij istega gena v celicah in s tem povečanjem odmerka (koncentracije) encimov. Vendar pa v nekaterih primerih poliploidija povzroči zaviranje fizioloških procesov, zlasti pri zelo visokih ravneh ploidnosti. Na primer, pšenica s 84 kromosomi je manj produktivna kot pšenica z 42 kromosomi.

Za avtopoliploide (predvsem neuravnotežene) pa je značilna zmanjšana plodnost ali popolna neplodnost, ki je povezana z motnjami mejoze. Zato so mnogi od njih sposobni samo vegetativnega razmnoževanja.

Alopoliploidija

Alopoliploidija je ponavljajoče se ponavljanje dveh ali več različnih haploidnih kromosomskih nizov, ki so označeni z različnimi simboli. Poliploidi, dobljeni kot rezultat oddaljene hibridizacije, to je s križanjem organizmov, ki pripadajo različnim vrstam in vsebujejo dva ali več nizov različnih kromosomov, se imenujejo alopoliploidi.

Alopoliploidi so zelo razširjeni med kulturnimi rastlinami. Če pa somatske celice vsebujejo en genom različnih vrst (na primer en genom A in en genom B), potem je takšen alopoliploid sterilen. Neplodnost enostavnih interspecifičnih hibridov je posledica dejstva, da je vsak kromosom predstavljen z enim homologom in je tvorba bivalentov v mejozi nemogoča. Tako med oddaljeno hibridizacijo nastane mejotski filter, ki preprečuje prenos dednih nagnjenj na naslednje generacije s spolnim stikom.

Zato je treba pri plodnih poliploidih vsak genom podvojiti. Na primer, pri različnih vrstah pšenice je haploidno število kromosomov (n) 7. Divja pšenica (einkorn) vsebuje 14 kromosomov v somatskih celicah samo enega podvojenega genoma A in ima genomsko formulo 2n = 14 (14A). Mnoge alotetraploidne trde pšenice vsebujejo 28 kromosomov podvojenih genomov A in B v svojih somatskih celicah; njihova genomska formula je 2n = 28 (14A + 14B). Mehka aloheksaploidna pšenica vsebuje 42 kromosomov podvojenih genomov A, B in D v somatskih celicah; njihova genomska formula je 2n = 42 (14A + 14B + 14D).

Plodne alopoliploide lahko pridobimo umetno. Na primer, hibrid redkvice in zelja, ki ga je sintetiziral Georgy Dmitrievich Karpechenko, je bil pridobljen s križanjem redkvice in zelja. Genom redkve je označen s simbolom R (2n = 18 R, n = 9 R), genom zelja pa s simbolom B (2n = 18 B, n = 9 B). Prvotno dobljeni hibrid je imel genomsko formulo 9 R + 9 B. Ta organizem (amfihaploid) je bil sterilen, saj je pri mejozi nastalo 18 enojnih kromosomov (enovalentnih) in niti enega bivalentnega. Vendar se je pri tem hibridu izkazalo, da so nekatere gamete nereducirane. Zlitje takšnih gamet je povzročilo ploden amfidiploid: (9 R + 9 B) + (9 R + 9 B) → 18 R + 18 B. V tem organizmu je bil vsak kromosom predstavljen s parom homologov, kar je zagotovilo normalna tvorba bivalentov in normalna segregacija kromosomov v mejozi: 18 R + 18 B → (9 R + 9 B) in (9 R + 9 B).

Trenutno poteka delo za ustvarjanje umetnih amfidiploidov v rastlinah (na primer hibridi pšenice in rži (tritikale), hibridi pšenice in pšenične trave) in živalih (na primer hibridne sviloprejke).

Sviloprejka je predmet intenzivnega rejskega dela. Upoštevati je treba, da so pri tej vrsti (kot pri večini metuljev) samice heterogametnega spola (XY), samci pa homogametni (XX). Za hitro razmnoževanje novih pasem sviloprejk se uporablja inducirana partenogeneza - samicam še pred mejozo odstranimo neoplojena jajčeca in jih segrejemo na 46 °C. Iz takšnih diploidnih jajčec se razvijejo samo samice. Poleg tega je pri sviloprejki znana androgeneza - če jajce segrejemo na 46 ° C, jedro ubijemo z rentgenskimi žarki in nato osemenimo, nato pa lahko dve moški jedri prodreta v jajčece. Ta jedra se zlijejo med seboj in nastane diploidna zigota (XX), iz katere se razvije samec.

Avtopoliploidija je znana pri sviloprejki. Poleg tega je Boris Lvovič Astaurov križal murvino sviloprejko z divjo sorto mandarine sviloprejke, zaradi česar so bili pridobljeni plodni alopoliploidi (natančneje alotetraploidi).

Pri sviloprejki je donos svile iz moških zapredkov 20-30% večji kot iz ženskih zapredkov. V.A. Strunnikov je z inducirano mutagenezo razvil pasmo, pri kateri samci v X kromosomih nosijo različne letalne mutacije (uravnotežen letalni sistem) - njihov genotip je l1+/+l2. Pri križanju takšnih samcev z običajnimi samicami (++/Y) iz jajčec nastanejo samo bodoči samci (njihov genotip je l1+/++ ali l2/++), samice pa poginejo v embrionalni fazi razvoja, saj njihove genotip je l1+/Y ali +l2/Y. Za vzrejo samcev z letalnimi mutacijami se uporabljajo posebne samice (njihov genotip je +l2/++·Y). Nato pri križanju takih samic in samcev z dvema smrtonosnima aleloma v njihovih potomcih polovica samcev umre, polovica pa nosi dva smrtonosna alela.

Obstajajo pasme sviloprejk, ki imajo na kromosomu Y alel za temno obarvanje jajčec. Nato temna jajčeca (XY, iz katerih naj bi se izlegle samice) zavržemo in pustimo le svetla (XX), iz katerih nato nastanejo moški kokoni.

Aneuploidija

Aneuploidija (heteropoliploidija) je sprememba števila kromosomov v celicah, ki ni večkratnik glavnega števila kromosomov. Obstaja več vrst anevploidije. Z monosomijo se izgubi eden od kromosomov diploidnega niza (2n – 1). Pri polisomiji se kariotipu doda en ali več kromosomov. Poseben primer polisomije je trisomija (2n + 1), ko so namesto dveh homologov trije. Pri nulisomiji sta oba homologa katerega koli para kromosomov odsotna (2n – 2).

Pri ljudeh aneuploidija vodi v razvoj hudih dednih bolezni. Nekateri od njih so povezani s spremembami v številu spolnih kromosomov (glej 17. poglavje). Vendar pa obstajajo tudi druge bolezni:

– Trisomija na 21. kromosomu (genotip 47, +21); Downov sindrom; pogostnost med novorojenčki je 1:700. Počasen telesni in duševni razvoj, velika razdalja med nosnicama, širok nos, razvoj vekne gube (epikantus), napol odprta usta. V polovici primerov gre za motnje v strukturi srca in ožilja. Običajno zmanjšana imuniteta. Povprečna pričakovana življenjska doba je 9-15 let.

– Trisomija na 13. kromosomu (genotip 47, +13); Patau sindrom. Pogostnost med novorojenčki je 1:5000.

– Trisomija na 18. kromosomu (genotip 47, +18); Edwardsov sindrom. Pogostnost med novorojenčki je 1:10.000.

Haploidija

Zmanjšanje števila kromosomov v somatskih celicah na osnovno število imenujemo haploidija. Obstajajo haplobiontni organizmi, za katere je haploidija normalno stanje (mnogi nižji evkarionti, gametofiti višjih rastlin, samci himenopteranskih žuželk). Haploidija kot nepravilen pojav se pojavlja med sporofiti višjih rastlin: paradižnika, tobaka, lanu, dature in nekaterih žit. Haploidne rastline imajo zmanjšano sposobnost preživetja; so praktično sterilne.

Psevdopoliploidija (lažna poliploidija)

V nekaterih primerih lahko pride do spremembe števila kromosomov brez spremembe količine genetskega materiala. Figurativno povedano se spreminja število zvezkov, ne spreminja pa se število stavkov. Ta pojav imenujemo psevdopoliploidija. Obstajata dve glavni obliki psevdopoliploidije:

1. Agmatopoliploidija. Opazimo ga, ko veliki kromosomi razpadejo na veliko majhnih. Najdemo ga v nekaterih rastlinah in žuželkah. Pri nekaterih organizmih (na primer pri okroglih črvih) pride do fragmentacije kromosomov v somatskih celicah, vendar se prvotni veliki kromosomi ohranijo v zarodnih celicah.

2. Zlitje kromosomov. Opazimo ga, ko se majhni kromosomi združijo v velike. Najdeno pri glodavcih.

5.2. Kromosomske mutacije

Kromosomske mutacije delimo v dve kategoriji: 1) mutacije, povezane s spremembami števila kromosomov v kariotipu (včasih jih imenujemo tudi numerične aberacije ali genomske mutacije); 2) mutacije, sestavljene iz sprememb v strukturi posameznih kromosomov (strukturne aberacije).

Spremembe v številu kromosomov. Izražajo se lahko v dodajanju enega ali več haploidnih nizov (n) prvotnemu diploidnemu nizu kromosomov (2n), kar vodi do pojava poliploidije (triploidija, 3n, tetraploidija, 4n itd.). Možni so tudi dodatki ali izgube enega ali več kromosomov, kar povzroči aneuploidijo (heteroploidija). Če je aneuploidija povezana z izgubo enega kromosoma (formula 2n-1), potem je običajno govoriti o monosomiji; izguba para homolognih kromosomov (2n-2) povzroči nulisomijo; ko diploidnemu nizu dodamo en kromosom (2n + 1), pride do trisomije. V primerih, ko pride do povečanja niza za dva ali več kromosomov (vendar manj kot haploidno število), se uporablja izraz "polisemija".

Poliploidija je zelo pogosta pri nekaterih rastlinskih skupinah. Pridobivanje poliploidnih sort kulturnih rastlin je pomembna naloga žlahtniteljske prakse, saj se z naraščajočo ploidnostjo povečuje gospodarska vrednost takšnih rastlin (veličijo se listi, stebla, semena in plodovi). Po drugi strani pa je poliploidija pri dvodomnih živalih precej redka, saj je v tem primeru pogosto porušeno ravnovesje med spolnimi kromosomi in avtosomi, kar vodi do neplodnosti osebkov ali do smrtnosti (odmiranja organizma). Pri sesalcih in ljudeh nastali poliploidi praviloma umrejo v zgodnjih fazah ontogeneze.

Aneuploidija je opažena pri mnogih vrstah organizmov, zlasti pri rastlinah. Trisomija nekaterih kmetijskih rastlin ima tudi določeno uporabno vrednost, medtem ko monosomija in nulisomija pogosto vodita do nesposobnosti posameznika. Človeške anevploidije so vzrok hude kromosomske patologije, ki se kaže v resnih razvojnih motnjah posameznika, njegove invalidnosti, ki se pogosto konča z zgodnjo smrtjo organizma na eni ali drugi stopnji ontogeneze (smrti). Človeške kromosomske bolezni bodo podrobneje obravnavane v podpoglavju. 7.2.

Vzroki poliploidije in aneuploidije so povezani z motnjami v divergenci diploidnega kompleksa kromosomov (ali kromosomov posameznih parov) starševskih celic v hčerinske celice med procesom mejoze ali mitoze. Torej, na primer, če med oogenezo pri človeku pride do neločevanja enega para avtosomov matične celice z normalnim kariotipom (46, XX), potem bo prišlo do tvorbe jajčec z mutiranimi kariotipi 24 ,X in 22.X. Posledično, ko so takšna jajčeca oplojena z normalno spermo (23.X ali 23.X), se lahko pojavijo zigote (posamezniki) s trisomijo (47.XX ali 47 ,XY) in z monosomijo (45.XX ali 45.XY) za ustrezni avtosom. Na sl. Slika 5.1 prikazuje splošen diagram možnih motenj oogeneze na stopnji razmnoževanja primarnih diploidnih celic (med mitotično delitvijo oogonia) ali med zorenjem gamet (med mejotsko delitvijo), kar vodi do pojava triploidnih zigot (glej sliko 3.4). ). Podobne učinke bodo opazili pri ustreznih motnjah spermatogeneze.

Če zgoraj navedene motnje prizadenejo mitotično deleče celice v zgodnjih fazah embrionalnega razvoja (embriogeneza), se pri posameznikih pojavijo znaki mozaicizma (mozaika), tj. imajo tako normalne (diploidne) celice kot aneuploidne (ali poliploidne) celice.

Trenutno so znani različni dejavniki, na primer visoke ali nizke temperature, nekatere kemikalije, imenovane "mitotični strupi" (kolhicin, heteroavksin, acenaftol itd.), Ki motijo ​​​​normalno delovanje aparata za delitev celic v rastlinah in živalih, preprečujejo

normalen zaključek procesa ločevanja kromosomov v anafazi in telofazi. S pomočjo takih sredstev se v eksperimentalnih pogojih pridobivajo poliploidne in aneuploidne celice različnih evkariontov.

Spremembe v strukturi kromosomov (strukturne aberacije). Strukturne aberacije so znotrajkromosomske ali medkromosomske preureditve, ki nastanejo, ko se kromosomi zlomijo pod vplivom mutagenov iz okolja ali kot posledica motenj v crossingover mehanizmu, kar vodi do nepravilne (neenake) genetske izmenjave med homolognimi kromosomi po encimskem "rezanju" njihovih konjugacijskih mest.

Med znotrajkromosomske preureditve spadajo delecije (pomanjkljivosti), tj. izgube posameznih odsekov kromosomov, podvojitve (podvojitve), povezane s podvajanjem določenih odsekov, pa tudi inverzije in nerecipročne translokacije (transpozicije), spreminjanje vrstnega reda genov v kromosomu (v vezni skupini). Primer medkromosomskih preureditev so recipročne translokacije (slika 5.2).

Delecije in podvajanja lahko spremenijo število posameznih genov v posameznikovem genotipu, kar vodi do neravnovesja v njihovih regulativnih odnosih in ustreznih fenotipskih manifestacijah. Velike delecije so običajno smrtne v homozigotnem stanju, medtem ko zelo majhne delecije največkrat niso neposredni vzrok smrti pri homozigotih.

Inverzija nastane kot posledica popolnega preloma obeh robov kromosomske regije, čemur sledi rotacija te regije za 180° in ponovna združitev zlomljenih koncev. Inverzije delimo na pericentrične in paracentrične (glej sliko 5.2) glede na to, ali je centromera vključena v obrnjeno regijo kromosoma ali ne. Posledične preureditve v razporeditvi genov na posameznem kromosomu (preureditve vezne skupine) lahko spremljajo tudi motnje v izražanju ustreznih genov.

Prerazporeditve, ki spremenijo vrstni red in (ali) vsebino genskih lokusov v veznih skupinah, se pojavijo tudi v primeru translokacij. Najpogostejše so recipročne translokacije, pri katerih pride do medsebojne izmenjave prej zlomljenih odsekov med dvema nehomolognima kromosomoma. V primeru nerecipročne translokacije se poškodovano območje premakne (transpozicija) znotraj istega kromosoma ali na kromosom drugega para, vendar brez medsebojne (recipročne) izmenjave (glej sliko 5.2).

razlage mehanizma tovrstnih mutacij. Te preureditve so sestavljene iz centrične fuzije dveh nehomolognih kromosomov v enega ali delitve enega kromosoma na dva zaradi njegovega preloma v območju centromere. Posledično lahko takšne preureditve povzročijo spremembe v številu kromosomov v kariotipu, ne da bi to vplivalo na skupno količino genetskega materiala v celici. Menijo, da so Robertsonove translokacije eden od dejavnikov evolucije kariotipov pri različnih vrstah evkariontskih organizmov.

Kot smo že omenili, poleg napak v rekombinacijskem sistemu strukturne aberacije običajno povzročijo prelomi kromosomov, do katerih pride pod vplivom ionizirajočega sevanja, nekaterih kemikalij, virusov in drugih dejavnikov.

Rezultati eksperimentalnih študij kemičnih mutagenov kažejo, da so heterokromatske regije kromosomov najbolj občutljive na njihove učinke (najpogosteje pride do zlomov v regiji centromere). Pri ionizirajočem sevanju takšnega vzorca ne opazimo.

Osnovni izrazi in pojmi: aberacija; aneuploidija (heteroploidija); izbris (pomanjkanje); podvajanje (podvajanje); umrljivost; "mitotični strupi"; monosomija; nerecipročna translokacija; nulisomija; paracentrična inverzija; pericentrična inverzija; poliploidija; polisemija; recipročna translokacija; Robertsonova translokacija; prenos; trisomija; kromosomska mutacija.

Mutacije so spremembe v DNK celice. Pojavijo se pod vplivom ultravijoličnega sevanja, sevanja (rentgenskih žarkov) itd. Podedujejo se in služijo kot material za naravno selekcijo.

Genske mutacije- sprememba strukture enega gena. To je sprememba nukleotidnega zaporedja: delecija, insercija, substitucija itd. Na primer, zamenjava A s T. Razlogi so kršitve med podvajanjem (replikacijo) DNA. Primeri: anemija srpastih celic, fenilketonurija.

Kromosomske mutacije- sprememba strukture kromosomov: izguba odseka, podvojitev odseka, zasuk odseka za 180 stopinj, prenos odseka na drug (nehomologan) kromosom itd. Razlogi so kršitve pri prečkanju. Primer: Cry Cat Syndrome.

Genomske mutacije- sprememba števila kromosomov. Vzroki so motnje v razhajanju kromosomov.

• Poliploidija- večkratne spremembe (večkrat, npr. 12 → 24). Pri živalih se ne pojavlja, pri rastlinah vodi do povečanja velikosti.
• Aneuploidija- spremembe na enem ali dveh kromosomih. Na primer, en dodaten enaindvajseti kromosom vodi do Downovega sindroma (s skupnim številom kromosomov 47).

Citoplazemske mutacije- spremembe v DNK mitohondrijev in plastidov. Prenašajo se samo po ženski liniji, saj mitohondriji in plastidi iz sperme ne pridejo v zigoto. Primer pri rastlinah je pestrost.

Somatsko- mutacije v somatskih celicah (telesnih celicah; zgoraj navedene vrste so lahko štiri). Med spolnim razmnoževanjem se ne dedujejo. Prenaša se med vegetativnim razmnoževanjem v rastlinah, brstenjem in drobljenjem v koelenteratah (hidra).

Spodnji koncepti, razen dveh, se uporabljajo za opis posledic kršitve razporeditve nukleotidov v regiji DNA, ki nadzoruje sintezo beljakovin. Prepoznajte ta dva pojma, ki "izpadeta" s splošnega seznama, in zapišite številke, pod katerimi sta navedena.
1) kršitev primarne strukture polipeptida
2) kromosomska divergenca
3) sprememba funkcij beljakovin
4) genska mutacija
5) prečkanje

Odgovori

Izberite eno, najbolj pravilno možnost. Poliploidni organizmi nastanejo iz
1) genomske mutacije

3) genske mutacije
4) kombinacijska spremenljivost

Odgovori

Vzpostavite ujemanje med značilnostjo variabilnosti in njeno vrsto: 1) citoplazemsko, 2) kombinirano
A) se pojavi med neodvisno segregacijo kromosomov v mejozi
B) nastane kot posledica mutacij v mitohondrijski DNK
B) nastane kot posledica križanja kromosomov
D) se kaže kot posledica mutacij v DNA plastida
D) nastane, ko se gamete naključno srečajo

Odgovori

Izberite eno, najbolj pravilno možnost. Downov sindrom je posledica mutacije
1) genomski
2) citoplazemski
3) kromosomski
4) recesivno

Odgovori

1. Vzpostavite ujemanje med značilnostmi mutacije in njeno vrsto: 1) genetsko, 2) kromosomsko, 3) genomsko
A) sprememba zaporedja nukleotidov v molekuli DNA
B) sprememba strukture kromosomov
B) sprememba števila kromosomov v jedru
D) poliploidija
D) sprememba zaporedja lokacije genov

Odgovori

2. Vzpostavite ujemanje med značilnostmi in vrstami mutacij: 1) genom, 2) genomom, 3) kromosomom. Napišite številke 1-3 v vrstnem redu, ki ustreza črkam.
A) izbris odseka kromosoma
B) sprememba zaporedja nukleotidov v molekuli DNA
C) večkratno povečanje haploidnega nabora kromosomov
D) anevploidija
D) sprememba zaporedja genov v kromosomu
E) izguba enega nukleotida

Odgovori

Izberite tri možnosti. Kaj je značilno za genomsko mutacijo?
1) sprememba nukleotidnega zaporedja DNK
2) izguba enega kromosoma v diploidnem nizu
3) večkratno povečanje števila kromosomov
4) spremembe v strukturi sintetiziranih beljakovin
5) podvojitev odseka kromosoma
6) sprememba števila kromosomov v kariotipu

Odgovori

1. Spodaj je seznam značilnosti variabilnosti. Vsi razen dveh se uporabljajo za opis značilnosti genomske variacije. Poiščite dve značilnosti, ki "izpadeta" iz splošne serije, in zapišite številke, pod katerimi sta navedeni.
1) omejeno z normo reakcije lastnosti
2) število kromosomov je povečano in je večkratnik haploida
3) pojavi se dodaten kromosom X
4) ima skupinski značaj
5) opazimo izgubo kromosoma Y

Odgovori

2. Vse spodnje značilnosti, razen dveh, se uporabljajo za opis genomskih mutacij. Določite dve značilnosti, ki "izpadeta" s splošnega seznama, in zapišite številke, pod katerimi sta navedeni.
1) kršitev divergence homolognih kromosomov med delitvijo celic
2) uničenje cepitvenega vretena
3) konjugacija homolognih kromosomov
4) sprememba števila kromosomov
5) povečanje števila nukleotidov v genih

Odgovori

3. Vse spodnje značilnosti, razen dveh, se uporabljajo za opis genomskih mutacij. Določite dve značilnosti, ki "izpadeta" s splošnega seznama, in zapišite številke, pod katerimi sta navedeni.
1) sprememba nukleotidnega zaporedja v molekuli DNA
2) večkratno povečanje nabora kromosomov
3) zmanjšanje števila kromosomov
4) podvojitev odseka kromosoma
5) nedisjunkcija homolognih kromosomov

Odgovori

Izberite eno, najbolj pravilno možnost. Recesivne genske mutacije se spremenijo
1) zaporedje stopenj individualnega razvoja
2) sestava tripletov v odseku DNK
3) nabor kromosomov v somatskih celicah
4) zgradba avtosomov

Odgovori

Izberite eno, najbolj pravilno možnost. Variabilnost citoplazme je posledica dejstva, da
1) mejotska delitev je motena
2) Mitohondrijska DNK lahko mutira
3) v avtosomih se pojavijo novi aleli
4) nastanejo gamete, ki niso sposobne oploditve

Odgovori

1. Spodaj je seznam značilnosti variabilnosti. Vsi razen dveh se uporabljajo za opis značilnosti kromosomske variacije. Poiščite dve značilnosti, ki "izpadeta" iz splošne serije, in zapišite številke, pod katerimi sta navedeni.
1) izguba odseka kromosoma
2) rotacija odseka kromosoma za 180 stopinj
3) zmanjšanje števila kromosomov v kariotipu
4) pojav dodatnega kromosoma X
5) prenos odseka kromosoma na nehomologni kromosom

Odgovori

2. Vsi spodnji znaki, razen dveh, se uporabljajo za opis kromosomske mutacije. Določite dva izraza, ki »izpadeta« s splošnega seznama, in zapišite številke, pod katerimi sta navedena.
1) število kromosomov se je povečalo za 1-2
2) en nukleotid v DNK se nadomesti z drugim
3) del enega kromosoma se prenese na drugega
4) prišlo je do izgube odseka kromosoma
5) del kromosoma je obrnjen za 180°

Odgovori

3. Vse razen dveh spodnjih značilnosti se uporabljajo za opis kromosomske variacije. Poiščite dve značilnosti, ki "izpadeta" iz splošne serije, in zapišite številke, pod katerimi sta navedeni.
1) večkratno množenje odseka kromosoma
2) pojav dodatnega avtosoma
3) sprememba nukleotidnega zaporedja
4) izguba končnega dela kromosoma
5) rotacija gena v kromosomu za 180 stopinj

Odgovori

Izberite eno, najbolj pravilno možnost. Katere vrste mutacij so spremembe v strukturi DNK v mitohondrijih?
1) genomski
2) kromosomski
3) citoplazemski
4) kombinirano

Odgovori

Izberite eno, najbolj pravilno možnost. Pestrost nočnega lepotca in snapdragona določa spremenljivost
1) kombinirano
2) kromosomski
3) citoplazemski
4) genetski

Odgovori

1. Spodaj je seznam značilnosti variabilnosti. Vsi razen dveh se uporabljajo za opis značilnosti genske variacije. Poiščite dve značilnosti, ki "izpadeta" iz splošne serije, in zapišite številke, pod katerimi sta navedeni.
1) zaradi kombinacije gamet med oploditvijo
2) nastane zaradi spremembe nukleotidnega zaporedja v tripletu
3) nastane med rekombinacijo genov med križanjem
4) za katerega so značilne spremembe znotraj gena
5) nastane ob spremembi nukleotidnega zaporedja

Odgovori

2. Vse naslednje lastnosti, razen dveh, so vzroki za gensko mutacijo. Prepoznajte ta dva koncepta, ki "izpadeta" s splošnega seznama, in zapišite številke, pod katerimi sta navedena.
1) konjugacija homolognih kromosomov in izmenjava genov med njimi
2) zamenjava enega nukleotida v DNK z drugim
3) sprememba zaporedja nukleotidnih povezav
4) pojav dodatnega kromosoma v genotipu
5) izguba enega tripleta v regiji DNA, ki kodira primarno strukturo proteina

Odgovori

3. Vse spodnje značilnosti, razen dveh, se uporabljajo za opis genskih mutacij. Določite dve značilnosti, ki "izpadeta" s splošnega seznama, in zapišite številke, pod katerimi sta navedeni.
1) zamenjava para nukleotidov
2) pojav stop kodona znotraj gena
3) podvojitev števila posameznih nukleotidov v DNK
4) povečanje števila kromosomov
5) izguba odseka kromosoma

Odgovori

4. Vse spodnje značilnosti, razen dveh, se uporabljajo za opis genskih mutacij. Določite dve značilnosti, ki "izpadeta" s splošnega seznama, in zapišite številke, pod katerimi sta navedeni.
1) dodajanje enega trojčka DNK
2) povečanje števila avtosomov
3) sprememba zaporedja nukleotidov v DNK
4) izguba posameznih nukleotidov v DNA
5) večkratno povečanje števila kromosomov

Odgovori

5. Vse značilnosti razen dveh so značilne za genske mutacije. Določite dve značilnosti, ki "izpadeta" s splošnega seznama, in zapišite številke, pod katerimi sta navedeni.
1) nastanek poliploidnih oblik
2) naključno podvajanje nukleotidov v genu
3) izguba enega tripleta med replikacijo
4) tvorba novih alelov enega gena
5) kršitev divergence homolognih kromosomov v mejozi

Odgovori

Izberite eno, najbolj pravilno možnost. Poliploidne sorte pšenice so posledica variabilnosti
1) kromosomski
2) sprememba
3) genetski
4) genomski

Odgovori

Izberite eno, najbolj pravilno možnost. Žlahtnitelji lahko pridobijo poliploidne sorte pšenice zaradi mutacije
1) citoplazemski
2) genetski
3) kromosomski
4) genomski

Odgovori

Vzpostavite ujemanje med značilnostmi in mutacijami: 1) genomskimi, 2) kromosomskimi. Zapiši številki 1 in 2 v pravilnem vrstnem redu.
A) večkratno povečanje števila kromosomov
B) zasukajte del kromosoma za 180 stopinj
B) izmenjava odsekov nehomolognih kromosomov
D) izguba osrednjega dela kromosoma
D) podvojitev odseka kromosoma
E) večkratna sprememba števila kromosomov

Odgovori

Izberite eno, najbolj pravilno možnost. Posledično pride do pojava različnih alelov istega gena
1) posredna delitev celic
2) variabilnost modifikacije
3) mutacijski proces
4) kombinacijska spremenljivost

Odgovori

Vsi spodaj navedeni izrazi razen dveh se uporabljajo za razvrščanje mutacij glede na spremembe v genetskem materialu. Določite dva izraza, ki »izpadeta« s splošnega seznama, in zapišite številke, pod katerimi sta navedena.
1) genomski
2) generativni
3) kromosomski
4) spontano
5) genetski

Odgovori

Vzpostavite ujemanje med vrstami mutacij in njihovimi značilnostmi ter primeri: 1) genomske, 2) kromosomske. Zapišite številki 1 in 2 v vrstnem redu, ki ustreza črkam.
A) izguba ali pojav dodatnih kromosomov kot posledica motnje mejoze
B) povzročijo motnje v delovanju genov
C) primer je poliploidija pri praživalih in rastlinah
D) podvajanje ali izguba odseka kromosoma
D) osupljiv primer je Downov sindrom

Odgovori

Vzpostavite ujemanje med kategorijami dednih bolezni in njihovimi primeri: 1) genetske, 2) kromosomske. Zapišite številki 1 in 2 v vrstnem redu, ki ustreza črkam.
A) hemofilija
B) albinizem
B) barvna slepota
D) sindrom "mačjega joka".
D) fenilketonurija

Odgovori

V danem besedilu poišči tri napake in označi številke povedi z napakami.(1) Mutacije so naključno nastale trajne spremembe v genotipu. (2) Genske mutacije so posledica »napak«, ki nastanejo med podvajanjem molekul DNA. (3) Genomske mutacije so tiste, ki povzročijo spremembe v strukturi kromosomov. (4) Veliko kulturnih rastlin je poliploidov. (5) Poliploidne celice vsebujejo enega do tri dodatne kromosome. (6) Za poliploidne rastline je značilna močnejša rast in večje velikosti. (7) Poliploidija se pogosto uporablja v žlahtnjenju rastlin in živali.

Odgovori

Analizirajte tabelo "Vrste variabilnosti". Za vsako celico, označeno s črko, izberite ustrezen koncept ali ustrezen primer s ponujenega seznama.
1) somatski
2) genetski
3) zamenjava enega nukleotida z drugim
4) podvajanje gena v odseku kromosoma
5) dodajanje ali izguba nukleotidov
6) hemofilija
7) barvna slepota
8) trisomija v nizu kromosomov

Odgovori

© D.V. Pozdnjakov, 2009-2019

9.Razvrstitev mutacij

Do mutacijske variabilnosti pride, ko pride do mutacij - trajnih sprememb genotipa (tj. molekule DNK), ki lahko prizadenejo celotne kromosome, njihove dele ali posamezne gene.
Mutacije so lahko koristne, škodljive ali nevtralne. Po sodobni klasifikaciji so mutacije običajno razdeljene v naslednje skupine.
1. Genomske mutacije– povezana s spremembami števila kromosomov. Posebej zanimiva je POLIPLODIJA – večkratno povečanje števila kromosomov. Pojav poliploidije je povezan s kršitvijo mehanizma delitve celic. Zlasti nedisjunkcija homolognih kromosomov med prvo delitvijo mejoze vodi do pojava gamet z nizom kromosomov 2n.
Poliploidija je zelo razširjena pri rastlinah, veliko manj pogosta pri živalih (okrogli črvi, sviloprejke, nekatere dvoživke). Za poliploidne organizme so praviloma značilne večje velikosti in povečana sinteza organskih snovi, zaradi česar so še posebej dragoceni za vzrejo.
2. Kromosomske mutacije- To so prerazporeditve kromosomov, spremembe v njihovi strukturi. Posamezni odseki kromosomov se lahko izgubijo, podvojijo ali spremenijo svoj položaj.
Tako kot genomske mutacije imajo tudi kromosomske mutacije pomembno vlogo v evolucijskih procesih.
3. Genske mutacije povezana s spremembami v sestavi ali zaporedju nukleotidov DNK znotraj gena. Genske mutacije so najpomembnejše med vsemi kategorijami mutacij.
Sinteza beljakovin temelji na ujemanju razporeditve nukleotidov v genu in vrstnega reda aminokislin v molekuli beljakovine. Pojav genskih mutacij (spremembe v sestavi in ​​zaporedju nukleotidov) spremeni sestavo ustreznih encimskih proteinov in na koncu povzroči fenotipske spremembe. Mutacije lahko vplivajo na vse značilnosti morfologije, fiziologije in biokemije organizmov. Številne dedne bolezni človeka so tudi posledica genskih mutacij.
Mutacije v naravnih razmerah so redke - ena mutacija določenega gena na 1000-100.000 celic. Toda proces mutacije poteka, nenehno se kopičijo mutacije v genotipih. In če upoštevamo, da je število genov v organizmu veliko, potem lahko rečemo, da je v genotipih vseh živih organizmov veliko genskih mutacij.
Mutacije so največji biološki dejavnik, ki določa ogromno dedno variabilnost organizmov, ki daje material za evolucijo.

1. Glede na naravo spremembe fenotipa so lahko mutacije biokemične, fiziološke, anatomske in morfološke.

2. Glede na stopnjo prilagodljivosti delimo mutacije na koristne in škodljive. Škodljivo – lahko je smrtonosno in povzroči smrt telesa tudi v embrionalnem razvoju.

3. Mutacije so lahko neposredne ali obratne. Slednji so veliko manj pogosti. Običajno je neposredna mutacija povezana z okvaro v delovanju gena. Verjetnost sekundarne mutacije v nasprotni smeri na isti točki je zelo majhna; drugi geni mutirajo pogosteje.

Mutacije so pogosto recesivne, saj se prevladujoče pojavijo takoj in jih selekcija zlahka »zavrne«.

4. Glede na naravo spremembe genotipa so mutacije razdeljene na genske, kromosomske in genomske.

Genske ali točkaste mutacije so sprememba nukleotida v enem genu v molekuli DNK, ki povzroči nastanek nenormalnega gena in posledično nenormalno strukturo proteina ter razvoj nenormalne lastnosti. Genska mutacija je posledica "napake" med replikacijo DNK.

Kromosomske mutacije - spremembe v strukturi kromosomov, kromosomske preureditve. Razlikujemo lahko glavne vrste kromosomskih mutacij:

a) delecija - izguba dela kromosoma;

b) translokacija - prenos dela kromosomov na drug nehomologni kromosom, posledično - sprememba vezne skupine genov;

c) inverzija - rotacija odseka kromosoma za 180 °;

d) duplikacija - podvojitev genov v določenem predelu kromosoma.

Kromosomske mutacije vodijo do sprememb v delovanju genov in so pomembne v evoluciji vrste.

Genomske mutacije so spremembe v številu kromosomov v celici, pojav dodatnega kromosoma ali izguba kromosoma kot posledica motnje v mejozi. Večkratno povečanje števila kromosomov imenujemo poliploidija. Ta vrsta mutacije je pogosta pri rastlinah. Številne gojene rastline so poliploidne glede na svoje divje prednike. Povečanje števila kromosomov za enega ali dva pri živalih povzroči razvojne nepravilnosti ali smrt organizma.

S poznavanjem variabilnosti in mutacij pri eni vrsti lahko predvidimo možnost njihovega pojava pri sorodnih vrstah, kar je pomembno pri selekciji.

10. Fenotip in genotip - njune razlike

Genotip je celota vseh genov organizma, ki so njegova dedna osnova.
Fenotip je niz vseh znakov in lastnosti organizma, ki se odkrijejo v procesu individualnega razvoja v danih pogojih in so posledica interakcije genotipa s kompleksom dejavnikov notranjega in zunanjega okolja.
Fenotip je na splošno tisto, kar lahko vidimo (mačja barva), slišimo, čutimo (vohamo) in vedenje živali.
Pri homozigotni živali genotip sovpada s fenotipom, pri heterozigotni živali pa ne.
Vsaka biološka vrsta ima svoj edinstven fenotip. Oblikuje se v skladu z dednimi informacijami, ki jih vsebujejo geni. Glede na spremembe v zunanjem okolju pa se stanje lastnosti od organizma do organizma spreminja, posledica pa so individualne razlike – variabilnost.
45. Citogenetski monitoring v živinoreji.

Organizacijo citogenetskega nadzora je treba zgraditi ob upoštevanju številnih osnovnih načel. 1. potrebno je organizirati hitro izmenjavo informacij med institucijami, ki se ukvarjajo s citogenetskim nadzorom, zato je treba oblikovati enotno banko podatkov, ki bi vsebovala podatke o nosilcih kromosomske patologije; 2. vključitev podatkov o citogenetskih značilnostih živali v rejske dokumente. 3. Nakup semenskega in plemenskega materiala iz tujine naj se izvaja samo s citogenetskim potrdilom.

Citogenetski pregled v regijah se izvaja na podlagi podatkov o razširjenosti kromosomskih nepravilnosti pri pasmah in linijah:

1) pasme in linije, pri katerih so bili registrirani primeri kromosomske patologije, ki se prenaša z dedovanjem, pa tudi potomci nosilcev kromosomskih nepravilnosti v odsotnosti citogenetskega potnega lista;

2) pasme in linije, ki predhodno niso bile citogenetsko raziskane;

3) vsi primeri velikih reproduktivnih motenj ali genetske patologije neznane narave.

Najprej so predmet pregleda proizvajalci in samci, namenjeni za obnovo črede, pa tudi plemenske mlade živali prvih dveh kategorij. Kromosomske aberacije lahko razdelimo v dva velika razreda: 1. ustavne - lastne vsem celicam, podedovane od staršev ali nastanejo med zorenjem gamet in 2. somatske - nastanejo v posameznih celicah med ontogenezo. Ob upoštevanju genetske narave in fenotipske manifestacije kromosomskih nepravilnosti lahko živali, ki jih nosijo, razdelimo v štiri skupine: 1) nosilci dednih nepravilnosti z nagnjenostjo k zmanjšanju reproduktivnih lastnosti za povprečno 10%. Teoretično 50% potomcev podeduje patologijo. 2) nosilci dednih anomalij, kar vodi do jasno izraženega zmanjšanja reprodukcije (30-50%) in prirojene patologije. Približno 50% potomcev podeduje patologijo.

3) Živali z anomalijami, ki nastanejo de novo in vodijo do prirojene patologije (monosomija, trisomija in polisomija v sistemu avtosomov in spolnih kromosomov, mozaicizem in himerizem). V veliki večini primerov so takšne živali neplodne. 4) Živali s povečano nestabilnostjo kariotipa. Reproduktivna funkcija je zmanjšana, možna je dedna nagnjenost.

46. ​​​​pleitropija (delovanje več genov)
Pleiotropni učinek genov je odvisnost več lastnosti od enega gena, to je večkratni učinek enega gena.
Pleiotropni učinek gena je lahko primarni ali sekundarni. S primarno pleiotropijo ima gen več učinkov.
Pri sekundarni pleiotropiji obstaja ena primarna fenotipska manifestacija gena, ki ji sledi postopen proces sekundarnih sprememb, ki vodijo do več učinkov. S pleiotropijo lahko gen, ki deluje na eno glavno lastnost, spremeni in spremeni tudi izražanje drugih genov, zato je bil uveden koncept modifikatorskih genov. Slednji povečajo ali oslabijo razvoj lastnosti, ki jih kodira "glavni" gen.
Kazalnika odvisnosti delovanja dednih nagnjenj od značilnosti genotipa sta penetrantnost in ekspresivnost.
Pri obravnavi vpliva genov in njihovih alelov je treba upoštevati modifikacijski vpliv okolja, v katerem se organizem razvija. To nihanje razredov med cepitvijo glede na okoljske pogoje se imenuje penetracija - moč fenotipske manifestacije. Torej, penetrantnost je pogostost izražanja gena, pojav pojava ali odsotnosti lastnosti v organizmih istega genotipa.
Penetranca se močno razlikuje med dominantnimi in recesivnimi geni. Lahko je popolna, ko se gen manifestira v 100% primerov, ali nepopolna, ko se gen ne manifestira pri vseh posameznikih, ki ga vsebujejo.
Penetranco merimo z odstotkom organizmov s fenotipsko lastnostjo od skupnega števila pregledanih nosilcev ustreznih alelov.
Če gen popolnoma določa fenotipsko izražanje, ne glede na okolje, potem ima 100-odstotno penetracijo. Vendar se nekateri dominantni geni izražajo manj redno.

Večkratni ali pleiotropni učinek genov je povezan s stopnjo ontogeneze, na kateri se pojavijo ustrezni aleli. Prej ko se alel pojavi, večji je učinek pleiotropije.

Glede na pleiotropni učinek številnih genov lahko domnevamo, da nekateri geni pogosto delujejo kot modifikatorji delovanja drugih genov.

47. sodobne biotehnologije v živinoreji. Uporaba žlahtnjenja - vrednost gena (raziskovalne osi; transpl. plodov).

Presaditev zarodkov

Razvoj metode umetnega osemenitve rejnih živali in njena praktična uporaba sta zagotovila velike uspehe na področju izboljšanja živalske genetike. Uporaba te metode v kombinaciji z dolgotrajnim zamrznjenim shranjevanjem semena je odprla možnost pridobitve več deset tisoč potomcev od enega samega očeta na leto. Ta tehnika v bistvu rešuje problem racionalne uporabe proizvajalcev v živinorejski praksi.

Kar zadeva samice, jim tradicionalne metode vzreje živali omogočajo, da v celotnem življenju ustvarijo le nekaj potomcev. Nizka reprodukcijska stopnja samic in dolg časovni interval med generacijami (6-7 let pri govedu) omejujejo genetski proces v živinoreji. Rešitev tega problema znanstveniki vidijo v uporabi presaditve zarodkov. Bistvo metode je, da se genetsko izjemne samice osvobodijo potrebe po zarodku in hranjenju svojih potomcev. Poleg tega jih spodbujajo k povečanju donosa jajčec, ki jih nato v zgodnji embrionalni fazi odvzamejo in presadijo v genetsko manj vredne prejemnike.

Tehnologija presaditve zarodkov vključuje osnovne korake, kot so indukcija superovulacije, umetna oploditev darovalca, odvzem zarodkov (kirurški ali nekirurški), ocena njihove kakovosti, kratkoročno ali dolgoročno shranjevanje in presaditev.

Stimulacija superovulacije. Samice sesalcev se rodijo z velikim (nekaj deset ali celo sto tisoč) številom reproduktivnih celic. Večina jih postopoma umre zaradi atrezije foliklov. Le majhno število primordialnih foliklov med rastjo postane antralno. Vendar se skoraj vsi rastoči folikli odzovejo na gonadotropno stimulacijo, kar jih vodi do končnega zorenja. Zdravljenje samic z gonadotropini v folikularni fazi reprodukcijskega cikla ali v lutealni fazi cikla v kombinaciji z indukcijo regresije rumenega telesca s prostaglandinom F 2 (PGF 2) ali njegovimi analogi povzroči večkratno ovulacijo ali tako imenovano superovulacijo. .

Govedo. Indukcijo superovulacije pri samicah goveda izvajamo z zdravljenjem z gonadotropini, folikle stimulirajočim hormonom (FSH) ali krvnim serumom breje kobile (MAB), začenši od 9. do 14. dne spolnega cikla. 2-3 dni po začetku zdravljenja živalim injiciramo prostaglandin F 2a ali njegove analoge, da povzročimo regresijo rumenega telesca.

Ker se pri hormonsko zdravljenih živalih podaljša čas ovulacije, se spremeni tudi tehnologija njihovega osemenitve. Na začetku so priporočali večkratno osemenjevanje krav z uporabo več odmerkov semena. Običajno se na začetku toplote vnese 50 milijonov živih semenčic, oploditev pa se ponovi po 12-20 urah.

Ekstrakcija zarodkov. Zarodki goveda preidejo iz jajcevoda v maternico med 4. in 5. dnevom po začetku estrusa (med 3. in 4. dnevom po ovulaciji),

Zaradi dejstva, da je nekirurška ekstrakcija možna samo iz rogov maternice, se zarodki odstranijo ne prej kot 5. dan po začetku lova.

Kljub temu, da so bili doseženi odlični rezultati s kirurško ekstrakcijo zarodkov iz goveda, je ta metoda neučinkovita - relativno draga, neprimerna za uporabo v proizvodnih pogojih.

Nekirurški odvzem zarodka vključuje uporabo katetra.

Najbolj optimalen čas za odvzem zarodka je 6-8 dni po začetku estrusa, saj so zgodnje blastociste te starosti najbolj primerne za globoko zamrzovanje in jih je mogoče z visoko učinkovitostjo presaditi nekirurško. Krava donorka se uporablja 6-8 krat na leto, pri čemer se odstranijo 3-6 zarodkov.

Pri ovcah in prašičih nekirurški odvzem zarodkov ni mogoč
zaradi težav pri prehodu katetra skozi maternični vrat v rogove maternice. ena
Vendar je operacija pri teh vrstah relativno enostavna
in kratkotrajno.

Prenos zarodkov. Vzporedno z razvojem kirurškega odvzema zarodkov pri govedu je pomemben napredek naredil tudi nekirurški prenos zarodkov. V pladenj zberemo svež hranilni medij (stolpec dolžine 1,0-1,3 cm), nato majhen zračni mehurček (0,5 cm) in nato glavni volumen medija z zarodkom (2-3 cm). Po tem se vsesa malo zraka (0,5 cm) in hranilni medij (1,0-1,5 cm). Pito z zarodkom postavimo v Cassov kateter in shranimo v termostatu pri 37°C do presaditve. S pritiskom na palico katetra iztisnemo vsebino zavojčka skupaj z zarodkom v maternični rog.

Shranjevanje zarodkov. Uporaba presaditve zarodkov je zahtevala razvoj učinkovitih metod za njihovo shranjevanje v obdobju med ekstrakcijo in presaditvijo. V proizvodnih okoljih se zarodki običajno odstranijo zjutraj in prenesejo ob koncu dneva. Za shranjevanje zarodkov v tem času uporabite fosfatni pufer z nekaj spremembami z dodajanjem fetalnega govejega seruma in pri sobni temperaturi ali 37 °C.

Opazovanja kažejo, da je goveje zarodke mogoče gojiti in vitro do 24 ur brez opaznega zmanjšanja njihovega kasnejšega presaditve.

Presaditev prašičjih zarodkov, gojenih 24 ur, spremlja normalno presaditev.

Stopnjo preživetja zarodkov lahko do določene mere povečamo tako, da jih ohladimo pod telesno temperaturo. Občutljivost zarodkov na hlajenje je odvisna od živalske vrste.

Prašičji zarodki so še posebej občutljivi na hlajenje. Še vedno ni bilo mogoče ohraniti sposobnosti preživetja prašičjih zarodkov v zgodnjih fazah razvoja, potem ko so jih ohladili pod 10-15 °C.

Tudi zarodki goveda v zgodnjih fazah razvoja so zelo občutljivi na ohlajanje na 0°C.

Poskusi v zadnjih letih so omogočili določitev optimalnega razmerja med hitrostjo ohlajanja in odmrzovanja govejih zarodkov. Ugotovljeno je bilo, da če zarodke počasi (1°C/min) ohladimo na zelo nizko temperaturo (pod 50°C) in nato prenesemo v tekoči dušik, potrebujemo tudi počasno odmrzovanje (25°C/min ali počasneje). Hitro odmrzovanje takšnih zarodkov lahko povzroči osmotsko rehidracijo in uničenje. Če zarodke zamrznemo počasi (1°C/min) le na -25 in 40°C in nato prenesemo v tekoči dušik, jih lahko zelo hitro odmrznemo (300°C/min). V tem primeru se preostala voda ob prehodu v tekoči dušik pretvori v steklasto stanje.

Identifikacija teh dejavnikov je privedla do poenostavitve postopka zamrzovanja in odmrzovanja govejih zarodkov. Zlasti zarodke, tako kot spermo, odtajamo v topli vodi pri 35 °C 20 s tik pred presaditvijo brez uporabe posebne opreme pri določeni stopnji zvišanja temperature.

Oploditev jajčec zunaj telesa živali

Razvoj sistema za oploditev in zagotavljanje zgodnjih faz razvoja zarodkov sesalcev zunaj živalskega telesa (in vitro) je zelo pomemben pri reševanju številnih znanstvenih problemov in praktičnih vprašanj, namenjenih povečanju učinkovitosti vzreje živali.

Za te namene so potrebni zarodki v zgodnjih fazah razvoja, ki jih je mogoče izvleči le kirurško iz jajcevodov, kar je delovno intenzivno in ne zagotavlja zadostnega števila zarodkov za opravljanje tega dela.

Oploditev jajčec sesalcev in vitro vključuje naslednje glavne faze: zorenje jajčnih celic, kapacitacijo sperme, oploditev in zagotavljanje zgodnjih faz razvoja.

Zorenje jajčnih celic in vitro. Veliko število zarodnih celic v jajčnikih sesalcev, zlasti goveda, ovc in prašičev z visokim genetskim potencialom, predstavlja vir ogromnega potenciala za reproduktivno sposobnost teh živali za pospešitev genetskega napredka v primerjavi z uporabo zmožnosti normalne ovulacije. . Pri teh živalskih vrstah, tako kot pri drugih sesalcih, je število jajčnih celic, ki spontano ovulirajo med estrusom, le majhen del tisočev oocitov, prisotnih v jajčniku ob rojstvu. Preostale jajčne celice se regenerirajo v jajčniku ali, kot običajno rečejo, pride do atrezije. Seveda se je postavilo vprašanje, ali je možno z ustrezno obdelavo izolirati jajčne celice iz jajčnikov in izvesti njihovo nadaljnjo oploditev zunaj telesa živali. Trenutno metode za uporabo celotne zaloge jajčnih celic v jajčnikih živali niso bile razvite, vendar je mogoče pridobiti znatno število jajčnih celic iz votlih foliklov za njihovo nadaljnje zorenje in oploditev zunaj telesa.

Trenutno je zorenje in vitro samo govejih jajčnih celic našlo praktično uporabo. Oocite pridobivamo iz jajčnikov krav po zakolu živali in z intravitalno ekstrakcijo, 1-2 krat na teden. V prvem primeru se jajčniki odvzamejo živalim po zakolu in se dostavijo v laboratorij v termostatirani posodi za 1,5-2,0 ure. V laboratoriju se jajčniki dvakrat sperejo s svežim fosfatnim pufrom. Oocite odstranimo iz foliklov, ki imajo premer 2-6 mm, z odsesanjem ali rezanjem jajčnika na plošče. Oocite zberemo v gojišču TCM 199 z dodatkom 10 % krvnega seruma gojene krave, nato dvakrat speremo in izberemo le oocite s kompaktnim kumulusom in homogeno citoplazmo za nadaljnje zorenje in vitro.

Pred kratkim je bila razvita metoda za intravitalno ekstrakcijo jajčnih celic iz jajčnikov krav z uporabo ultrazvočne naprave ali laparoskopa. V tem primeru se jajčne celice sesajo iz foliklov s premerom najmanj 2 mm, 1-2 krat na teden iste živali. V povprečju se enkrat pridobi 5-6 jajčnih celic na žival. Za zorenje in vitro je primernih manj kot 50 % jajčnih celic.

Pozitivna vrednost - kljub nizkemu izkoristku jajčnih celic je mogoče žival z vsakim odvzemom ponovno uporabiti.

Kapaciteta semenčic. Pomembna stopnja v razvoju metode oploditve pri sesalcih je bilo odkritje pojava kapacitacije semenčic. Leta 1951 je M.K. Chang in hkrati G.R. Austin je ugotovil, da do oploditve pri sesalcih pride le, če so semenčice prisotne v živalskem jajcevodu nekaj ur pred ovulacijo. Na podlagi opazovanj prodiranja sperme v podganja jajčeca v različnih časih po parjenju je Austin skoval izraz zmogljivosti. Pomeni, da se mora v semenčici zgoditi nekaj fizioloških sprememb, preden semenčica pridobi sposobnost oploditve.

Za kapacitacijo ejakulirane sperme domačih živali je bilo razvitih več metod. Medij z visoko ionsko močjo je bil uporabljen za odstranitev beljakovin s površine sperme, za katere se zdi, da zavirajo kapacitacijo sperme.

Največ priznanja pa je dobila metoda kapacitacije semenčic s heparinom (J. Parrish et al., 1985). Piete z zamrznjenim bikovim semenom odtajamo v vodni kopeli pri 39°C 30-40 s. Približno 250 µl odmrznjenega semena se nanese pod 1 ml kapacicijskega medija. Kapacitacijski medij je sestavljen iz modificiranega tiroidnega medija brez kalcijevih ionov. Po enourni inkubaciji se zgornja plast gojišča s prostornino 0,5-0,8 ml, ki vsebuje večino gibljivih semenčic, odstrani iz epruvete in dvakrat spere s centrifugiranjem pri 500 g 7-10 minut. Po 15 minutah inkubacije s heparinom (200 µg/ml) se suspenzija razredči do koncentracije 50 milijonov semenčic na ml.

In vitro oploditev in zagotavljanje zgodnjih faz razvoja zarodka. Oploditev jajčec pri sesalcih poteka v jajcevodih. To raziskovalcu oteži dostop do študije okoljskih pogojev, v katerih poteka proces oploditve. Zato bi bil sistem oploditve in vitro dragoceno analitično orodje za proučevanje biokemičnih in fizioloških dejavnikov, ki sodelujejo pri procesu uspešne združitve gamete.

Naslednja shema se uporablja za in vitro oploditev in gojenje zgodnjih zarodkov goveda. Oploditev in vitro se izvaja v kapljici modificiranega gojišča Thyroid. Po zorenju in vitro se jajčne celice delno očistijo okoliških razširjenih kumulusnih celic in prenesejo v mikrokapljice po pet jajčnih celic. Oocitnemu mediju dodamo 2-5 µl suspenzijo semenčic, da dosežemo koncentracijo kapljic semenčic 1-1,5 milijona/ml. 44-48 ur po osemenitvi se določi prisotnost fragmentacije jajčnih celic. Zarodke nato postavimo na enosloj epitelijskih celic, da se še naprej razvijajo 5 dni.

Medvrstni prenosi zarodkov in proizvodnja himernih živali

Splošno sprejeto je, da se uspešen prenos zarodkov lahko izvede samo med samicami iste vrste. Presaditev zarodkov, na primer iz ovce v kozo in obratno, spremlja njihovo presaditev, vendar ne povzroči rojstva potomcev. V vseh primerih medvrstne nosečnosti je neposredni vzrok splava disfunkcija posteljice, očitno zaradi imunološke reakcije materinega telesa na tuje antigene ploda. To nezdružljivost je mogoče premagati s proizvodnjo himernih zarodkov z uporabo mikrokirurgije.

Najprej so bile himerne živali pridobljene s kombiniranjem blastomerov iz zarodkov iste vrste. V ta namen so bili z združevanjem 2-, 4-, 8-celičnih zarodkov 2-8 staršev pridobljeni kompleksni himerni ovčji zarodki.

Zarodke smo cepili v agar in jih prenesli v vezane jajčne cevi ovc, da bi se razvili do zgodnje stopnje blastociste. Normalno razvijajoče se blastociste so bile presajene v prejemnike, da so dobili živa jagnjeta, za večino katerih so na podlagi krvnih preiskav in zunanjih znakov ugotovili, da so himerni.

Himere so bile pridobljene tudi pri govedu (G. Brem et al., 1985) z združevanjem polovic 5-6,5-dnevnih zarodkov. Pet od sedmih telet, pridobljenih po nekirurškem prenosu združenih zarodkov, ni imelo znakov himerizma.

Kloniranje živali

Število potomcev enega posameznika je pri višjih živalih praviloma majhno, specifičen kompleks genov, ki določa visoko produktivnost, pa se pojavi redko in se v naslednjih generacijah bistveno spremeni.

Vzreja enojajčnih dvojčkov je velikega pomena za živinorejo. Po eni strani se poveča donos telet enega darovalca, po drugi strani pa se pojavijo genetsko enojajčni dvojčki.

Možnost mikrokirurške delitve sesalskih zarodkov v zgodnjih fazah razvoja na dva ali več delov, tako da se vsak pozneje razvije v ločen organizem, je bila predlagana že pred več desetletji.

Na podlagi teh študij se lahko domneva, da je močno zmanjšanje števila embrionalnih celic glavni dejavnik, ki zmanjšuje sposobnost teh zarodkov, da se razvijejo v preživetje sposobne blastociste, čeprav razvojna stopnja, na kateri pride do delitve, ni pomembna.

Trenutno se uporablja preprosta tehnika za ločevanje zarodkov na različnih stopnjah razvoja (od pozne morule do izležene blastociste) na dva enaka dela.

Enostavna tehnika ločevanja je bila razvita tudi za 6 dni stare prašičje zarodke. V tem primeru notranjo celično maso zarodka prerežemo s stekleno iglo.