Лабораторна робота № 8 Тема. Порівняльна характеристика мутантів Відповіді на контрольні питання.

1. Дайте визначення поняття мутація.

Мутація – раптова стрибкоподібна зміна спадкової ознаки, зумовлена зміною генетичного матеріалу.

2. Які мутації називаються спонтанними?

Спонтанні мутації на молекулярному рівні включають:

• Таутомерія — В основі замінюється розташування водневого атома.

• Депуринація — Втрата пурину (А або G).

• Деамінація — Заміна нормальної основи на нетипову; C → U, (може бути виправлений механізмами ремонту ДНК), або спонтанна деамінація 5-метилцитозину (непоправна), або A → HX (гіпоксантин).

• Транзиція — зміни пурину на інший пурин, або піримідину на пірімідін.

• Трансверсія — пурин стає піримідином або навпаки.

3. Які мутації називаються індукованими?

Індуковані (штучні) мутації спричинює людина, діючи на організми в експерименті мутагенами, які свідомо перевищують допустимі дози. Частота індукованих мутацій на кілька порядків вища від частоти спонтанних мутацій. Штучний мутагенез є важливим джерелом утворення вихідного матеріалу в селекції рослин, мікроорганізмів.

4. Які мутації називаються точковими, або генними?

Точкові мутації, часто викликані хімічними речовинами або помилками при реплікації ДНК, являють собою заміну одного нуклеотиду іншим. Найбільше загальні — заміна пурину на пурин (A↔G) або піримідину на піримідин (C↔T). Така заміна може бути викликана азотистою кислотою, помилкою спарювання основ або мутагенними аналогами основ, наприклад, 5-бромо-2-дезоксиуридином (BrdU). Менш загальний випадок — трансверсія, або заміна пурину на піримідин або піримідину на пурин (C/T↔A/G). Точкова мутація може бути нейтралізована іншою точковою мутацією, в якій нуклеотид змінюється назад до свого оригінального стану (дійсна реверсія) або додатковою мутацією де-небудь у іншому місці, яка приводить до відновлення функціональності гена (додаткова реверсія). Такі зміни класифікуються як переходи або трансверсії. Приклад трансверсії — аденін, що перетворюється на цитозин. Точкові мутації, які відбуваються в межах області гена що кодує білки, можуть бути класифіковані на три види, залежно від того, для чого використовуються помилкові кодони:

• Безмовні мутації: які кодують ту ж саму амінокислоту.

• Міссенс-мутації: які кодують іншу амінокислоту.

• Нонсенс-мутації: які кодують код зупинки (стоп-кодон) трансляції білка.

5. Назвіть основні фізичні мутагени.

Фізичні мутагени: йонізуюче випромінювання (рентгенівське, ультрафіолетове, гамма-промені), фотони світла, підвищена або знижена температура.

Вони порушують структуру білків, у молекулах ДНК виникають розриви, з'являються хромосомні й генні мутації.

6. Назвіть основні хімічні мутагени.

Хімічні мутагени: гідроген пероксид, нітратна кислота, формальдегід, хлороформ, іприт, бензопірен, пестициди, деякі лікарські препарати (антибіотики з протипухлинною дією, хінін, андрогени), важкі метали (кадмій, ртуть, свинець), деякі харчові добавки, алкалоїд колхіцин, азбест та діоксини.

7. Чому виникають точкові, або генні мутації?

Точкові мутації, часто викликані хімічними речовинами або помилками при реплікації ДНК, являють собою заміну одного нуклеотиду іншим. Найбільше загальні — заміна пурину на пурин (A↔G) або піримідину на піримідин (C↔T). Така заміна може бути викликана азотистою кислотою, помилкою спарювання основ або мутагенними аналогами основ, наприклад, 5-бромо-2-дезоксиуридином (BrdU). Менш загальний випадок — трансверсія, або заміна пурину на піримідин або піримідину на пурин (C/T↔A/G).

8. Яке практичне значення індукованого мутагенезу?

Широко застосовуються також поєднання індукованого мутагенезу з гібридизацією, обробка гібридного насіння мутагенами F0, F1 і старших поколінь, схрещування мутантних форм між собою і з кращими місцевими сортами, бек расова гібридизація. Використовується експериментальний мутагенез і спільно з віддаленою гібридизацією. Шляхом штучних мутацій у ряді випадків вдається долати несхрещуваність різних далеких видів рослин, а також проводити пересадку шляхом транслокації окремих локусів хромосом диких видів у хромосомний комплекс культурних рослин.

9. Назвіть мутації дрозофіли, що зв’язані зі змінами в будові і кольорі очей?

Мутації, що зачіпають різні особливості очей вельми різноманітні. Найбільш багаточисельні ті, які змінюють властиву диким мухам пігментацію ока, підсилюючи її до кольору бордо або сепії або ослабляючи до безбарвного, білого. Між ними є всілякі переходи, такі як: еозіновий, вишневий, абрикосовий, рожевий, кораловий, карміновий, багряний, винно-червоний і ін.

Велике число мутацій зачіпають форму ока, будову і розташування фасеток. У нормальної мухи фасетки розташовані на зразок вічок бджолиних сотів. У мутантів порушена правильність розташування фасеток.

Мутаційні зміни, що приводять до часткової або повної редукції очних фасеток, унаслідок чого,  поверхня ока представляється рівною і гладкою. Це   такі як: мутації Ваr (смуговидні очі), Lobe – лопатеві, eyeless – безокий і ін. У самки мутанта Ваги число фасеток в оці не перевищує 70, в Lobe або eyeless і зовсім можуть бути відсутніми (рис.15). У зв'язку з цим загальні розміри голови мух різко зменшені в порівнянні з головою нормальної мухи.

10. Назвіть мутації дрозофіли, які зв’язані зі змінами в кольорі тіла.

Самців дрозофіли, гомозиготних за домінантними алелями забарвлення тіла (сіре) та формою крил (нормальні), схрестили із самками, гомозиготними за відповідними рецесивними алелями (чорне тіло, недорозвинені крила). Генотипи цих особин позначили відповідно ЕЕУУ та ееуу. Усі гібриди першого покоління мали сіре тіло та нормальні крила, тобто були гетерозиготними за обома парами алелів (генотип - ЕеУу). Потім гібридів схрестили з особинами, гомозиготними за відповідними рецесивними алелями (провели аналізуюче схрещування). Теоретично можна було очікувати два варіанти розщеплення. Якби гени, що зумовлюють забарвлення тіла та форму крил, містилися в негомологічних хромосомах, тобто успадковувалися незалежно, розщеплення мало бути таким: 25 % особин із сірим тілом і нормальними крилами, 25 % - із сірим тілом і недорозвиненими крилами, ще 25 % - з чорним тілом і нормальними крилами та 25 % - з чорним тілом і недорозвиненими крилами (тобто у співвідношенні - 1:1:1:1). Якби ці гени розміщувалися в одній хромосомі й успадковувалися зчеплено, то було б отримано 50 % особин із сірим тілом і нормальними крилами та 50 % - з чорним тілом і недорозвиненими крилами (тобто 1:1). Насправді 41,5 % особин мали сіре тіло та нормальні крила, 41,5% - чорне тіло та недорозвинені крила, 8,5 % - сіре тіло та недорозвинені крила і 8,5 % - чорне тіло та нормальні крила, тобто розщеплення наближувалося до співвідношення фенотипів 1:1 (як у разі зчепленого успадкування), але разом з тим проявилися всі чотири варіанти фенотипу (як у випадку незалежного успадкування).

11. Назвіть мутації дрозофіли, які зв’язані зі змінами в формі і будові крил?

Мутаційні зміни, що зачіпають крило, умовно можна розділити на 3 групи

I група. Мутанти, що модифікують загальну конфігурацію крила.

На відміну від крила нормальної мухи, що є плоским, прямим, у різних мутантів воно може бути зігнуте у вигляді арки (мутант arc), лижі (ski), закручене догори (Curly, curled), донизу (curved) або своїм положенням під час польоту нагадувати крило літака, по схожості з яким один з таких мутантів отримав свою назву (aeroplane) і так далі.

II група. Мутанти, що викликають зміни в жилкуванні крила. Ці зміни виражаються в частковому або повному зникненні однієї або декількох жилок (наприклад, crossveinless), в розвитку однієї або декількох додаткових жилок (наприклад, plexus, Delta).

III група. Багаточисельний клас мутантів, що зменшують крило в тій або іншій мірі: cut, dumpy – вирізаний, small wing – маленькі крила, rudimentary – зачаткові крила, apterous – безкрилий

12. Як успадковується крилатість і зачаткові крила у дрозофіли?

Дослід на моногібридне схрещування проводять за такою схемою:

1. Р ♀ Normal (N) x ♂ vestigіal (vg)

2. 2. Р ♀ vestigіal (vg) x ♂ Normal (N)

У цьому досліді буде вивчатися закономірність успадкування в дрозофіли таких ознак як крилатість і зачаткові крила. Вказані ознаки детермінуються аутосомними генами і знаходяться в другій парі аутосом. Успадкування цих ознак буде проходити таким шляхом:

Гібриди першого покоління F1 будуть крилаті. Отже, тут проявиться явище домінування. У другому поколінні успадкування ознак проходитиме так:

У гібридів другого покоління, поряд з домінантною ознакою крилатістю, проявляються особини з зачатковими крилами, що буде свідчити про проявлення явища розщеплення.

13. Як успадковується білий колір очей у дрозофіли?

Для з’ясування особливостей успадкування ознак, зчеплених зі статтю, проводять такі схрещування:

1. Р ♀ white (w) х ♂ Normal (N)

2. Р ♀ Normal (N) x ♂ white (w)

Гени, які детермінують червоне і біле забарвлення очей у дрозофіли, знаходяться в “х” статевих хромосомах. Тому успадкування вказаних ознак буде проходити зчеплено зі статтю, що видно з наведеної нижче схеми схрещувань:

14. Як успадковується темний колір тіла у дрозофіли

Самців дрозофіли, гомозиготних за домінантними алелями забарвлення тіла (сіре) та формою крил (нормальні), схрестили із самками, гомозиготними за відповідними рецесивними алелями (чорне тіло, недорозвинені крила). Генотипи цих особин позначили відповідно ЕЕУУ та ееуу. Усі гібриди першого покоління мали сіре тіло та нормальні крила, тобто були гетерозиготними за обома парами алелів (генотип - ЕеУу). Потім гібридів схрестили з особинами, гомозиготними за відповідними рецесивними алелями (провели аналізуюче схрещування). Теоретично можна було очікувати два варіанти розщеплення. Якби гени, що зумовлюють забарвлення тіла та форму крил, містилися в негомологічних хромосомах, тобто успадковувалися незалежно, розщеплення мало бути таким: 25 % особин із сірим тілом і нормальними крилами, 25 % - із сірим тілом і недорозвиненими крилами, ще 25 % - з чорним тілом і нормальними крилами та 25 % - з чорним тілом і недорозвиненими крилами (тобто у співвідношенні - 1:1:1:1). Якби ці гени розміщувалися в одній хромосомі й успадковувалися зчеплено, то було б отримано 50 % особин із сірим тілом і нормальними крилами та 50 % - з чорним тілом і недорозвиненими крилами (тобто 1:1). Насправді 41,5 % особин мали сіре тіло та нормальні крила, 41,5% - чорне тіло та недорозвинені крила, 8,5 % - сіре тіло та недорозвинені крила і 8,5 % - чорне тіло та нормальні крила, тобто розщеплення наближувалося до співвідношення фенотипів 1:1 (як у разі зчепленого успадкування), але разом з тим проявилися всі чотири варіанти фенотипу (як у випадку незалежного успадкування).

15. В яких хромосомах дрозофіли локалізовані гени крилатості, зачаткових крил?

16. В яких хромосомах дрозофіли локалізовані гени червоного і білого кольору очей?

Гени, які детермінують червоний (+) і білий (w) колір очей у дрозофіли, знаходяться в “х” статевих хромосомах.

17. В яких хромосомах дрозофіли локалізовані гени сірого і темного кольору тіла?

У дрозофіли рецесивний ген чорного кольору тіла і ген, який детермінує пурпурний колір очей, розташовані в другій хромосомі (аутосомі) у локусах 48,5 і 54,5.

18. Які мутантні лінії дрозофіли, крім дикого типу, доцільно використовувати для схрещування при вивченні закономірностей успадкування однієї пари протилежних ознак?

19. Які мутантні лінії дрозофіли, крім дикого типу, доцільно використовувати для схрещування при вивченні закономірностей успадкування двох пар протилежних ознак?

Дослід на дигібридне схрещування проводять за такою схемою:

1. Р ♀ vestigіal (vg) х ♂ ebony (e)

2. 2. Р ♀ ebony (e) x ♂ vestigіal (vg)

У цьому досліді буде вивчатися закономірність успадкування двох пар протилежних ознак. Перша пара – крилатість, зачаткові крила. Друга пара – сіре забарвлення тулуба, темне забарвлення тулуба.

20. Які мутантні лінії дрозофіли, крім дикого типу, доцільно використовувати для схрещування при вивченні закономірностей успадкування зчеплених зі статтю?

Для з’ясування особливостей успадкування ознак, зчеплених зі статтю, проводять такі схрещування: 1. Р ♀ white (w) х ♂ Normal (N) 2. Р ♀ Normal (N) x ♂ white (w)