突然変異の種類の特徴。 遺伝子の突然変異。 突然変異誘発の分子機構。 遺伝子変異の分類。 生物の生存に対する遺伝子変異の重要性。 突然変異の原因
1. 変動性の決定。 その形態の分類。
多様性は生物の一般的な特性であり、個体発生 (個体の発生) 中の遺伝的特性の変化で構成されます。
生物の多様性は、大きく 2 つのタイプに分類されます。
1. 表現型があり、遺伝子型に影響を与えず、遺伝しない。
2. 遺伝子型。遺伝子型が変化するため、遺伝によって伝達されます。
遺伝子型の変異性は、組み合わせ性と突然変異性に分けられます。
突然変異の多様性には、ゲノム、染色体、遺伝子の突然変異が含まれます。
ゲノム変異は倍数性と異数性に分けられます
染色体の突然変異は、欠失、重複、逆位、転座に分類されます。
2. 表現型の多様性。 遺伝的に決定された形質の反応の規範。 変更の適応性。 フェノコピー。
表現型の変動性（または非遺伝性の修飾）は、遺伝子型を変えることなく、環境要因の影響下で生物の表現型特性が変化することです。
たとえば、ヒマラヤウサギの毛皮の色は、その環境の温度によって異なります。
反応ノルムは、同じ遺伝子型が異なる表現型を生み出すことができる変動の範囲です。
1. 幅広い反応基準 - 特性の変動が広範囲にわたって発生する場合 (例: 日焼け、牛乳の量)。
2. 狭い反応基準 - 特性の変動が重要でない場合 (例: 乳脂肪含有量)。
3. 明確な反応規範 - どのような条件下でも符号が変化しない場合 (例: 血液型、目の色、目の形)。
修飾の適応的な性質は、修飾の可変性によって身体が変化する環境条件に適応できるという事実にあります。 したがって、変更は常に役に立ちます。
胚発生中に体が好ましくない要因にさらされると、通常の反応限界を超え、本質的に適応的ではない表現型の変化が現れることがあります。これらは発生形態と呼ばれます。 たとえば、手足がなかったり、口唇裂のある子供が生まれます。
表現型コピーは、遺伝的変化（病気）と区別することが非常に難しい発生形態です。
たとえば、妊婦が風疹に感染した場合、子供が白内障になる可能性があります。 しかし、この病理は突然変異の結果として現れることもあります。 最初のケースでは表現型コピーについて話します。
「表現型コピー」の診断は、将来の予後にとって重要です。表現型コピーでは遺伝物質は変化せず、正常なままであるためです。
3. 組み合わせの変動性。 人々の遺伝的多様性を確保する上での組み合わせの多様性の重要性。
組み合わせ変動とは、親が持っていなかった遺伝子の新しい組み合わせが子孫に現れることです。
組み合わせ変動は以下に関連します。
減数分裂前期 1 に移行します。
減数分裂 1 の後期への相同染色体の独立した分岐を伴います。
受精中に配偶子のランダムな組み合わせが行われます。
組み合わせの多様性の重要性 - 種内の個体の遺伝的多様性を提供し、これは自然選択と進化にとって重要です。
4. 突然変異の多様性。 突然変異理論の基本規定。
オランダの科学者ウーゴ・デ・フリースは、1901 年に「突然変異」という用語を導入しました。
突然変異は、遺伝的形質における断続的かつ突然の変化の現象です。
突然変異が起こる過程を突然変異誘発といい、突然変異誘発の過程で新たな性質を獲得した生物を突然変異体といいます。
Hugo de Vries による突然変異理論の基本規定。
1. 突然変異は、遷移を伴わずに突然発生します。
2. 得られた形状は非常に安定しています。
3. 突然変異は質的な変化です。
4. 突然変異はさまざまな方向に発生します。 それらは有益な場合もあれば有害な場合もあります。
5. 同じ突然変異が繰り返し発生する可能性があります。
5. 突然変異の分類。
I. 出身地による。
1. 自然突然変異。 自然発生的または自然な突然変異は、通常の自然条件下で発生します。
2. 誘発された突然変異。 誘導的または人為的な突然変異は、体が突然変異誘発因子にさらされると発生します。
A. 物理的（電離放射線、紫外線、高温など）
b. 化学物質（重金属塩、亜硝酸、フリーラジカル、家庭および産業廃棄物、医薬品）。
II. 出身地別.
A. 体細胞突然変異は体細胞で発生し、それが発生した細胞の子孫に受け継がれます。 それらは世代から世代へと受け継がれるわけではありません。
b. 生成的突然変異は生殖細胞で発生し、世代から世代へと受け継がれます。
Ⅲ． 表現型変化の性質に応じて.
1. 形態学的突然変異。臓器または生物全体の構造の変化を特徴とします。
2. 器官または生物体全体の変化を特徴とする生理学的変異。
3. 高分子の変化に関連する生化学的変異。
IV. 生物の生命力に影響を与えることで.
1. 致死的突然変異は、100% の場合、生命と両立しない欠陥により生物の死につながります。
2. 半致死性の突然変異は、症例の 50 ～ 90% で死につながります。 通常、このような突然変異を持つ生物は生殖年齢まで生存できません。
3. 条件付き致死突然変異。ある条件下では生物は死にますが、他の条件下では生き残ります（ガラクトース血症）。
4. 有益な突然変異は生物の生存能力を高め、育種に使用されます。
V. 遺伝物質の変化の性質に応じて.
1. 遺伝子の突然変異。
2. 染色体の突然変異。
6. 遺伝子変異、定義。 自然発生的な遺伝子変異の発生メカニズム。
遺伝子突然変異または点突然変異は、ヌクレオチドレベルで遺伝子に起こる突然変異であり、遺伝子の構造が変化し、mRNA分子が変化し、タンパク質のアミノ酸配列が変化し、体内の形質が変化します。
遺伝子変異の種類:
- ミスセンス突然変異 - トリプレット内の 1 つのヌクレオチドを別のヌクレオチドに置き換えると、タンパク質のポリペプチド鎖に通常は存在しないはずの別のアミノ酸が含まれることになり、タンパク質の特性や機能に変化が生じます。
例: ヘモグロビン分子内のグルタミン酸のバリンへの置換。
CTT – グルタミン酸、CAT – バリン
ヘモグロビンタンパク質のβ鎖をコードする遺伝子にこのような変異が生じると、β鎖にグルタミン酸の代わりにバリンが含まれることになります → このような変異の結果、ヘモグロビンタンパク質の性質や機能が変化し、HbSが発生します正常なHbAの代わりにHbAが出現し、その結果、鎌状赤血球貧血（赤血球の変化）が発症します。
- ナンセンス突然変異 - トリプレット内の 1 つのヌクレオチドを別のヌクレオチドに置き換えると、遺伝的に重要なトリプレットが終止コドンに変わり、タンパク質のポリペプチド鎖の合成が停止します。 例: UAC – チロシン。 UAA – 停止コドン。
遺伝情報の読み取り枠のシフトを伴う突然変異。
遺伝子突然変異の結果として、生物に新しい特徴（たとえば、多指症）が現れる場合、それらは新形態性と呼ばれます。
遺伝子変異の結果、体が形質を失った場合（たとえば、PKU では酵素が消失した場合）、それらは非晶質と呼ばれます。
- セイムセンス突然変異 - トリプレット内のヌクレオチドの置換により、同じタンパク質をコードする同義のトリプレットが出現します。 これは遺伝コードの縮退によるものです。 例: CTT – グルタミン CTT – グルタミン。
遺伝子変異（置換、挿入、欠失）の発生メカニズム。
DNAは2本のポリヌクレオチド鎖から構成されています。 まず、DNA の 1 番目の鎖に変化が発生します。これは、半突然変異状態、つまり「一次 DNA 損傷」です。 細胞内では毎秒 1 つの一次 DNA 損傷が発生します。
損傷が DNA の 2 番目の鎖に移動すると、突然変異が固定された、つまり「完全な突然変異」が発生したと言われます。
一次 DNA 損傷は、複製、転写、および交差のメカニズムが破壊されたときに発生します。
7. 遺伝子変異の頻度。 突然変異には、直接変異と逆変異、優性変異と劣性変異があります。
ヒトでは、突然変異の頻度 = 1x10 –4 – 1x10 –7 です。つまり、平均すると、各世代のヒト配偶子の 20 ～ 30% が突然変異です。
ショウジョウバエでは、変異頻度 = 1x10 –5、つまり 10 万個に 1 個の配偶子が遺伝子変異を持っています。
A. 直接突然変異 (劣性) は、優性状態から劣性状態への遺伝子の突然変異です: A → a。
b. 復帰突然変異 (優性) は、劣性状態から優性状態への遺伝子の突然変異です: a → A。
遺伝子の突然変異はすべての生物で発生し、遺伝子はさまざまな方向およびさまざまな頻度で突然変異します。 めったに突然変異しない遺伝子は安定と呼ばれ、頻繁に突然変異する遺伝子は可変と呼ばれます。
8. 遺伝的変動における相同系列の法則 N.I. Vavilov。
突然変異はさまざまな方向で発生します。 偶然。 ただし、これらの事故は 1920 年に発見されたパターンに従っています。 ヴァヴィロフ。 彼は遺伝的変動における相同系列の法則を定式化しました。
「遺伝的に近い種や属は、非常に規則性のある同様の一連の遺伝的変動を特徴とするため、ある種内の一連の形態を知ることで、他の種や属にも類似の形態が存在することを予測できます。」
この法則により、同じ科の異なる属の個体における特定の形質の存在を予測することができます。 したがって、アルカロイドを含まないルピナスが自然界に存在することが予測されました。 マメ科には、アルカロイドを含まないインゲン豆、エンドウ豆、およびインゲン豆の属があります。
医学では、バビロフの法則により、遺伝的に人間に近い動物を遺伝子モデルとして使用することが認められています。 それらは遺伝性疾患を研究するための実験に使用されます。 たとえば、白内障はマウスとイヌで研究されています。 血友病 - 犬、先天性難聴 - マウス、モルモット、犬。
バビロフの法則により、科学では知られていない誘発突然変異の出現を予測することができ、それを育種に利用して人間にとって価値のある植物の形態を作り出すことができます。
9. 体の抗突然変異バリア。
- DNA複製の精度。複製中にエラーが発生する場合があり、その場合、誤ったヌクレオチドを排除することを目的とした自己修正メカニズムが活性化されます。 DNA ポリメラーゼという酵素が重要な役割を果たし、エラー率は 10 分の 1 (10 -5 から 10 -6) に減少します。
- 遺伝コードの縮退。 いくつかのトリプレットが 1 つのアミノ酸をコードできるため、場合によってはトリプレット内の 1 つのヌクレオチドを置き換えても、遺伝情報が歪められることはありません。 たとえば、CTT と CTC はグルタミン酸です。
- 抽出中重要な高分子に関与するいくつかの遺伝子：rRNA、tRNA、ヒストンタンパク質など これらの遺伝子のコピーが多数生成されます。 これらの遺伝子は、中程度の反復配列の一部です。
- DNAの冗長性– 99% は冗長であり、変異原性因子はこれらの 99% の無意味な配列に該当することが多くなります。
- 染色体のペアリング二倍体セット内。 ヘテロ接合状態では、多くの有害な変異は現れません。
- 淘汰変異した生殖細胞。
- DNA修復。
10. 遺伝物質の修復。 。
DNA修復とは、DNAからの一次損傷を除去し、正常な構造に置き換えることです。
賠償には光と闇の2つの形がある
A. 光修復（または酵素による光再活性化）。 修復酵素は光が存在する場合にのみ活性化します。 この形式の修復は、紫外線によって引き起こされる一次的な DNA 損傷を除去することを目的としています。
紫外線の影響下で、DNA 内のピリミジン窒素含有塩基が活性化され、同じ DNA 鎖内で近くに位置するピリミジン窒素含有塩基間の結合の形成、つまりピリミジン二量体が形成されます。 ほとんどの場合、接続は T=T のように発生します。 T=C; C=C。
通常、DNA にはピリミジン二量体は存在しません。 それらの形成は、遺伝情報の歪みと複製と転写の正常な過程の混乱を引き起こし、その後遺伝子変異を引き起こします。
光再活性化の本質: 核内には、光の存在下でのみ活性となる特別な (光再活性化) 酵素があり、この酵素はピリミジン二量体を破壊します。紫外線。
暗部修復は暗闇でも光でも起こります。つまり、酵素の活性は光の存在に依存しません。 レプリケーション前修復とレプリケーション後修復に分かれます。
複製前修復は DNA 複製の前に起こり、多くの酵素がこのプロセスに関与します。
o エンドヌクレアーゼ
o エキソヌクレアーゼ
o DNAポリメラーゼ
o DNAリガーゼ
ステージ1。 酵素エンドヌクレアーゼが損傷領域を見つけて切断します。
ステージ2。 エキソヌクレアーゼという酵素が DNA から損傷領域を除去 (切除) し、ギャップが生じます。
ステージ3。 DNA ポリメラーゼという酵素が欠損部分を合成します。 合成は相補性の原理に従って行われます。
ステージ4。 リガーゼ酵素は、新しく合成された領域を DNA 鎖に接続または縫い合わせます。 このようにして、元の DNA 損傷が修復されます。
レプリケーション後の修復。
DNA に一次損傷があるとします。
ステージ1。 DNA複製のプロセスが始まります。 DNA ポリメラーゼという酵素は、古い無傷の鎖に完全に相補的な新しい鎖を合成します。
ステージ2。 DNA ポリメラーゼという酵素は別の新しい鎖を合成しますが、損傷が存在する領域を回避します。 その結果、2番目の新しいDNA鎖にギャップが形成されました。
ステージ3。 複製の終わりに、DNA ポリメラーゼ酵素は新しい DNA 鎖に相補的な欠損部分を合成します。
ステージ4。 次に、リガーゼ酵素が、新しく合成された部分をギャップのある DNA 鎖に接続します。 したがって、一次 DNA 損傷は別の新しい鎖に転移しませんでした。つまり、突然変異は固定されませんでした。
その後、複製前の修復中に一次 DNA 損傷を除去できます。
11. DNA修復障害に関連する突然変異と病理におけるそれらの役割。
生物の修復能力は進化の過程で発達し、強化されてきました。 修復酵素の活性が高いほど、遺伝物質はより安定します。 対応する遺伝子は修復酵素を担っており、これらの遺伝子に変異が生じると修復酵素の活性が低下します。 この場合、人は修復酵素の活性の低下に関連する重度の遺伝性疾患を発症します。
人間にはそのような病気が 100 以上あります。そのうちのいくつかは次のとおりです。
ファンコニ貧血– 赤血球数の減少、難聴、心血管系の障害、指の変形、小頭症。
ブルーム症候群 - 新生児の低出生体重、成長の遅れ、ウイルス感染に対する感受性の増加、がんのリスクの増加。 特徴的な兆候：日光に短時間滞在すると、顔の皮膚に蝶の形の色素沈着が現れます（毛細血管の拡張）。
色素性乾皮症– 光により皮膚に火傷が発生し、すぐに皮膚がんに変性します（そのような患者では、がんの発生頻度が20,000倍高くなります）。 患者は人工照明の下で生活することを余儀なくされている。
この病気の発生率は 1:250,000 (ヨーロッパ、米国)、1:40,000 (日本) です。
2種類の早老症– 体の早期老化。
12. 遺伝子疾患、その発症のメカニズム、遺伝、発生頻度。
遺伝子疾患 (または分子疾患) は人間に非常に広く見られ、その数は 1000 を超えます。
その中の特別なグループは、先天性代謝異常症です。 これらの病気は 1902 年に A. Garod によって初めて記載されました。 これらの病気の症状は異なりますが、体内の物質の変換には常に違反があります。 この場合、ある物質は過剰になり、他の物質は不足します。 たとえば、物質（A）が体内に入ると、さらに酵素の作用により物質（B）に変換されます。 次に、物質(B)が物質(C)に変化するはずですが、これは突然変異ブロックによって妨げられます。
()の場合、その結果、物質(C)が不足し、物質(B)が過剰となります。
先天性代謝異常によって引き起こされるいくつかの疾患の例。
PKU(フェニルケトン尿症、先天性認知症)。 遺伝病は常染色体劣性遺伝し、1:10,000の頻度で発生します。 フェニルアラニンはタンパク質分子の構築に必須のアミノ酸であり、さらに甲状腺ホルモン（チロキシン）、アドレナリン、メラニンの前駆体としても機能します。 肝細胞内のアミノ酸フェニルアラニンは、酵素 (フェニルアラニン-4-ヒドロキシラーゼ) によってチロシンに変換されなければなりません。 この変換に関与する酵素が存在しないか、その活性が低下すると、血液中のフェニルアラニンの含有量が急激に増加し、チロシンの含有量が減少します。 血液中のフェニルアラニンが過剰になると、その誘導体（フェニル酢酸、フェニル乳酸、フェニルピルビン酸、その他のケトン酸）が生成され、尿中に排泄され、中枢神経系の細胞にも毒性を及ぼし、次のような症状が起こります。認知症。
タイムリーな診断とフェニルアラニンを含まない食事に乳児を移行させることで、病気の発症を防ぐことができます。
アルビノは一般的です。遺伝病は常染色体劣性遺伝します。 通常、アミノ酸チロシンは組織色素の合成に関与します。 突然変異ブロックが発生し、酵素が存在しないか、その活性が低下すると、組織色素は合成されなくなります。 このような場合、網膜の色素が欠如しているため、皮膚は乳白色になり、髪は非常に薄くなり、血管が見え、目は赤みがかったピンク色になり、光に対する感度が高まります。
アルカプノン尿症。 遺伝性疾患は常染色体劣性遺伝し、3～5：1,000,000の頻度で発生します。 この病気はホモゲンチジン酸の変換の違反に関連しており、その結果、この酸が体内に蓄積します。 この酸は尿中に排泄され、腎臓病の発症につながります。さらに、この異常によりアルカリ化した尿はすぐに黒くなります。 この病気は軟骨組織の染色としても現れ、高齢になると関節炎が発症します。 したがって、この病気は腎臓と関節への損傷を伴います。
炭水化物代謝障害に関連する遺伝子疾患。
ガラクトース血症。 遺伝病は常染色体劣性遺伝で、小児35,000～40,000人に1人の頻度で発生します。
新生児の血液には、乳二糖の分解中に生成される単糖ガラクトースが含まれています。 乳糖グルコースと ガラクトース。 ガラクトースは体に直接吸収されず、特別な酵素によって消化可能な形であるグルコース-1-リン酸に変換される必要があります。
遺伝性疾患のガラクトース血症は、ガラクトースを消化可能な形に変換する酵素タンパク質の合成を制御する遺伝子の機能不全によって引き起こされます。 病気の子供の血液中には、この酵素はほとんどなく、生化学分析によって決定されるガラクトースが多く含まれています。
子供の誕生後最初の数日で診断が行われた場合、子供には乳糖を含まないミルクが与えられ、子供は正常に発育します。 そうしないと、子供は心が弱って成長します。
嚢胞性線維症。 遺伝性疾患は常染色体劣性遺伝し、1:2,000～2,500の頻度で発生します。 この疾患は、細胞の原形質膜に埋め込まれたキャリアタンパク質の原因となる遺伝子の変異に関連しています。 このタンパク質は、Na および Ca イオンに対する膜の透過性を調節します。 外分泌腺の細胞におけるこれらのイオンの透過性が損なわれると、外分泌腺の管を閉じる濃厚な粘稠な分泌物が生成され始めます。
嚢胞性線維症には肺型と腸型があります。
マルファン症候群。遺伝病は常染色体優性遺伝します。 結合組織におけるフィブリリンタンパク質の代謝障害に関連しており、「クモのような」指（クモ指症）、高身長、水晶体の亜脱臼、心臓および血管の欠損、関節内へのアドレナリン放出の増加などの複合的な症状によって現れます。血液、猫背、胸のへこみ、足のアーチの高さ、靱帯や腱の弱さなど。 1896年にフランスの小児科医アントニオ・マルファンによって初めて報告されました。
講義 10 染色体の構造変異。
1. 染色体の構造変異（染色体異常）。
以下の種類の染色体異常が区別されます。
– 削除
– 重複
– 反転
– 環染色体
– 転座
– 移調
これらの突然変異により、染色体の構造が変化し、染色体内の遺伝子の順序が変化し、遺伝子型内の遺伝子の量が変化します。 これらの突然変異はすべての生物で発生します。それらは次のとおりです。
自然発生的 (性質が未知の要因によって引き起こされる) および誘発的 (突然変異を引き起こした要因の性質がわかっている)
体細胞（体細胞の遺伝物質に影響を与える）および生成（配偶子の遺伝物質の変化）
有益なものと有害なもの (後者の方がはるかに一般的です)
バランス型 (遺伝子型システムが変化しない、つまり表現型も変化しない) とアンバランス型 (遺伝子型システムが変化する、つまり表現型も変化することを意味する)
突然変異が 2 本の染色体に影響を与える場合、染色体間再構成と呼ばれます。
突然変異が第 1 染色体に影響を与える場合、染色体内再配列と呼ばれます。
2. 染色体の構造変異の発生メカニズム。
「切断-接続」仮説。 切断は 1 つまたは複数の染色体で発生すると考えられています。 染色体のセクションが形成され、その後、異なる順序で接続されます。 DNA 複製の前に切断が発生した場合、2 つの染色分体がこのプロセスに関与します。 同色分体ギャップ DNA 複製後に切断が発生すると、1 つの染色分体がそのプロセスに関与します。 染色分体ギャップ
2 番目の仮説: 交差と同様のプロセスが、非相同染色体間で発生します。 非相同性染色体の部分を交換します。
3. 欠失、その本質、形態、表現型への影響。 疑似支配..
欠失（欠損）とは、染色体の一部が失われることです。
染色体に1本の切断が起こり、末端領域が失われ、酵素によって破壊されてしまいます（欠損）。
染色体に 2 つの切断があり、中央領域が失われ、これも酵素によって破壊されます (間質欠失)。
ホモ接合状態では、欠失は常に致死的ですが、ヘテロ接合状態では、複数の発達障害として現れます。
削除検出:
染色体の鑑別染色
ループの形状によると、減数分裂 1 の前期における相同染色体の結合中に形成されます。ループは正常な染色体上に発生します。
この欠失はショウジョウバエで最初に研究され、X染色体の一部が欠失した。 ホモ接合状態では、この変異は致死的であり、ヘテロ接合状態では、表現型として翼のノッチとして現れます (Notch 変異)。 この突然変異を分析したところ、擬似優性と呼ばれる特殊な現象が特定されました。 この場合、優性対立遺伝子を持つ染色体の領域が欠失により失われるため、劣性対立遺伝子が表現型的に現れます。
ヒトでは、欠失は染色体 1 ～ 18 で最も頻繁に発生します。たとえば、ヘテロ接合状態での 5 番目の染色体の短腕の欠失は、表現型的に「猫が泣く」症候群として現れます。 子供は多くの病状を持って生まれ、5日から1か月（非常にまれに最大10年）生きます、彼の泣き声は猫の鋭い鳴き声に似ています。
間質欠失は、造血幹細胞の染色体 21 または 22 で発生する可能性があります。 ヘテロ接合状態では、悪性貧血として表現型として現れます。
4. 複製、反転、リングクロム。 発生メカニズム。 表現型の発現。
複製– 染色体のセクションの倍加 (このセクションは何度も繰り返すことができます)。 重複は直接または逆に行うことができます。
これらの変異により、遺伝子型内の遺伝子の量が増加し、ホモ接合状態ではこれらの変異は致死的になります。 ヘテロ接合状態では、複数の発達障害が現れます。 しかし、これらの突然変異は進化の過程で何らかの役割を果たした可能性があります。 ヘモグロビン遺伝子ファミリーはこのようにして生じた可能性があります。
おそらく、重複の結果として DNA ヌクレオチドの繰り返し配列が出現したのでしょう。
重複の検出:
減数分裂前期のループの図 1。ループは変異した染色体上に発生します。
反転 –染色体の一部を引きちぎり、180度回転させて古い場所に取り付ける。 逆位の間、遺伝子の量は変化しませんが、染色体内の遺伝子の順序が変化します。 クラッチグループが変わります。 終了反転はありません。
ホモ接合状態では逆位は致命的ですが、ヘテロ接合状態では複数の発達障害として現れます。
反転の検出:
ディファレンシャル染色。
減数分裂 1 の前期における 2 つの反対側に位置するループの形の図。
反転には 2 種類あります。
パラセントリック反転はセントロメアには影響を与えません。 切断は 1 本の染色体アーム内で発生します
セントロメアに影響を与えるペリセントリック反転。 切断はセントロメアの両側で発生します。
周動原性反転では、染色体の構成が変化する可能性があります (回転されたセクションの端が対称でない場合)。 そしてこれにより、その後の活用が不可能になります。
逆位の表現型の発現は、他の染色体異常と比較して最も穏やかです。 劣性ホモ接合体が死亡すると、ヘテロ接合体はほとんどの場合不妊症になります。
環染色体。 通常、人間の核型には環状染色体はありません。 これらは、体が突然変異誘発因子、特に放射性放射線にさらされたときに発生することがあります。
この場合、染色体に 2 つの切断が発生し、その結果生じる部分は閉じてリングになります。 環状染色体にセントロメアが含まれる場合、中心環が形成されます。 セントロメアが存在しない場合、非中心性のリングが形成され、酵素によって破壊され、継承されません。
環染色体は核型分析によって検出されます。
ホモ接合状態では、これらの変異は致死的であり、ヘテロ接合状態では、表現型的に欠失として現れます。
環染色体は放射線被ばくのマーカーです。 放射線量が高くなるほど、環染色体の数が多くなり、予後が悪くなります。
5. 転座、その本質。 相互転座、その特徴、医学的意義。 ロバートソン転座と遺伝病理におけるその役割。
転座とは、染色体の一部が移動することです。 転座には、相互 (相互) 転座と非相互 (転位) があります。
相互転座は、2 つの非相同染色体がその部分を交換するときに発生します。
転座の特別なグループは、ロバートソン転座 (中心性融合) です。 アクロセントリック染色体は影響を受けます - 短い腕が失われ、長い腕は接続されます。
下生児の出生例の 4 ～ 5% の原因はロバートソン転座です。 この場合、染色体 21 の長腕はグループ D の染色体の 1 つに移動します (染色体 13、14、15、染色体 14 が関与することが多い)。
卵子の種類 精子 受精卵 結果
14 + 14, 21 14,14,21 モノソミー 21 (致死)
14/21,21 + 14, 21 14/21,21,14,21 21 トリソミー (ダウン)
21 + 14、21 21,14,21、モノソミー 14 (致死)
14,14/21 + 14, 21 14,14/21,14,21 14 トリソミー (致死)
14/21 + 14, 21 14/21,14,21 表現型的には健康
ご覧のとおり、ロバートソン転座の女性は健康な子供を出産できます。
核小体形成ゾーンはそこにあり、他の染色体にもあるため、短腕の喪失は何の影響も与えません。
転座型のダウン症候群患者の細胞には 46 本の染色体があります。 転座後の卵巣には45本の染色体があります。 しかし、バランスのとれた突然変異があれば、女性は 45 本の染色体を持つことになります。
転座の検出:
ディファレンシャル染色。
減数分裂前期の十字の図 1。
6. 移調。 可動性の遺伝要素。 ゲノムを通る移動のメカニズムとその意義。
転座が相互的でない場合、転座と呼ばれます。
トランスポゾンの特別なグループは、移動遺伝要素 (MGE)、またはジャンピング遺伝子であり、すべての生物に見られます。 ショウジョウバエのハエでは、ゲノムの 5% を構成します。 ヒトでは、MGE は ALU ファミリーに分類されます。
MGE は 300 ～ 400 個のヌクレオチドで構成されており、ヒトゲノム内で 30 万回繰り返されます。
MGE 末端には 50 ～ 100 ヌクレオチドからなるヌクレオチド反復があります。 繰り返しは順方向または逆方向に行うことができます。 ヌクレオチドリピートはMGEの動きに影響を与えるようです。
ゲノム全体にわたる MGE の動きには 2 つのオプションがあります。
1. 逆転写プロセスを使用します。 これには、逆転写酵素（リバーターゼ）という酵素が必要です。 このオプションはいくつかの段階で発生します。
DNA上で酵素RNAポリメラーゼ（別名トランスクリプターゼ）がmRNAを合成し、
mRNA 上では、逆転写酵素が 1 本の DNA 鎖を合成します。
DNA ポリメラーゼ酵素は、DNA の 2 番目の鎖の合成を確実に行います。
合成されたフラグメントは閉じてリングになり、
DNA リングは別の染色体または同じ染色体上の別の位置に挿入されます。
2. トランスポザーゼ酵素を使用して、MGE を切り出し、それを別の染色体または同じ染色体上の別の場所に転送します。
進化の過程で、MGE は積極的な役割を果たしました。 彼らは、ある生物種から他の種への遺伝情報の伝達を実行しました。 これにおいて重要な役割を果たしたのは、遺伝物質として RNA を含み、逆転写酵素も含むレトロウイルスです。
MGE がゲノム全体を移動するのは非常にまれで、細胞内での数十万のイベントごとに 1 回の移動です (移動頻度 1 x 10–5)。
それぞれの特定の生物において、MGE は積極的な役割を果たしません。 ゲノム中を移動すると、遺伝子の機能が変化し、遺伝子や染色体の突然変異が引き起こされます。
7. 誘発された突然変異誘発。 物理的、化学的、生物学的変異原性因子。
誘発突然変異は、突然変異誘発因子が身体に作用するときに発生します。これは 3 つのグループに分類されます。
物理的 (UVL、X 線および放射線、電磁場、高温)。
したがって、電離放射線は DNA および RNA 分子に直接作用し、それらに損傷 (遺伝子変異) を引き起こす可能性があります。 このことによる間接的な影響は、
細胞の遺伝装置上の突然変異原は、遺伝毒性物質 (H 2 O 2、OH -、O 2 -) の形成にあります。
化学的変異原性因子。 突然変異を引き起こす可能性のある化学物質は 200 万種類以上あります。 これらは、重金属の塩、窒素含有塩基の化学的類似体 (5-ブロモウラシル)、アルキル化化合物 (CH 3 、C 2 H 5) です。
8. 放射線による突然変異。 環境汚染の遺伝的危険性。
放射線突然変異とは、放射線によって引き起こされる突然変異です。 1927 年、アメリカの遺伝学者ハインリッヒ メーラーは、X 線の照射によりショウジョウバエの突然変異の頻度が大幅に増加することを初めて示しました。 この研究は、生物学の新しい方向性である放射線遺伝学の始まりを示しました。 過去数十年にわたって行われた数多くの研究のおかげで、素粒子（量子、電子、陽子、中性子）が原子核に入ると、水分子がイオン化されてフリーラジカル（OH - 、O 2 - ）が形成されることがわかっています。 優れた化学活性を持っており、DNA の切断、ヌクレオチドの損傷、またはその破壊を引き起こします。 これらすべてが突然変異の発生につながります。
人間は開放系であるため、さまざまな環境汚染因子が人体に侵入する可能性があります。 これらの要因の多くは、生細胞の遺伝物質を変化させたり損傷したりする可能性があります。 これらの要因の影響は非常に深刻であり、人類は環境汚染を無視することができません。
9. 突然変異誘発と発がん。
がんの突然変異理論は、1901 年にヒューゴ・デ・フリースによって初めて提唱されました。 現在、発がんについてはさまざまな説が唱えられています。
その一つが発がんの遺伝子理論です。 ヒトゲノムには、細胞分裂を調節できる癌遺伝子が 60 個以上含まれていることが知られています。 それらは癌原遺伝子の形で不活性状態にあります。 さまざまな変異原性因子の影響下で、癌原遺伝子が活性化されて癌遺伝子となり、激しい細胞増殖と腫瘍の発生を引き起こします。
講義 11 染色体数の変異。 一倍性、倍数性、
異数性。
1. 染色体数変異の本質、原因、発生メカニズム。
それぞれの種類の生物は、独自の核型によって特徴付けられます。 核型の数世代にわたる不変性は、有糸分裂と減数分裂のプロセスを通じて維持されます。 場合によっては、有糸分裂または減数分裂中に染色体の分離が破壊され、その結果、染色体の数が変化した細胞が生じます。 細胞では、染色体の一倍体セット全体の数が変化する可能性があり、その場合には次のような突然変異が起こります。
半数性 – 単一セットの染色体 (n)
倍数性 – 半数体セット (3n、4n など) の倍数である染色体の数の増加
異数性は、個々の染色体の数 (46 +1) の変化です。
染色体のセットは、体細胞と生殖細胞の両方で変化する可能性があります。
染色体分岐障害の原因:
細胞質粘度の増加
細胞極性の変化
スピンドルの機能不全。
これらすべての理由が、いわゆる「後期遅れ」現象を引き起こします。
これは、有糸分裂または減数分裂の後期には、染色体が不均一に分布していることを意味します。 一部の染色体または染色体のグループが残りの染色体に追いつかず、娘細胞の 1 つに失われます。
2. 半数性、核型変化の性質、有病率、表現型の発現。
半数性とは、生物の細胞内の染色体の数が一倍体に減少することです。 細胞では、染色体の数と遺伝子の量が激減する、つまり遺伝子型体系が変化し、表現型も変化します。
上記のことから、遺伝子が何をするのかが明らかになった場合、遺伝子の構造、つまりヌクレオチドの配列の変化が、この遺伝子によってコードされるタンパク質の変化を引き起こす可能性があることも明らかになるはずです。 遺伝子の構造の変化を突然変異と呼びます。 遺伝子の構造におけるこうした変化は、DNA複製中のランダムなエラーから、電離放射線や突然変異原と呼ばれる特殊な化学物質の遺伝子への影響まで、さまざまな理由で発生する可能性があります。 最初の種類の変化はいわゆる自然突然変異を引き起こし、2 番目の種類の変化は誘発された突然変異を引き起こします。 遺伝子の突然変異が生殖細胞で発生する可能性があり、それらは次世代に受け継がれ、その一部は遺伝性疾患の発症につながります。 遺伝子の変異は体細胞でも起こります。 この場合、それらは、変異細胞に由来する細胞の特定のクローンにのみ受け継がれます。 体細胞遺伝子の変異が場合によってはがんを引き起こす可能性があることが知られています。
遺伝子変異の種類
最も一般的な種類の突然変異の 1 つは、1 対の窒素含有塩基の置換です。 このような置換は、遺伝暗号の縮重のため、遺伝子によってコードされるポリペプチド鎖の構造に影響を及ぼさない可能性があります。 トリプレットの 3 番目の窒素含有塩基を置換しても、ほとんど影響はありません。 このような突然変異はサイレント置換と呼ばれます。 同時に、一塩基置換により、変異トリプレットの遺伝暗号の変化により、あるアミノ酸が別のアミノ酸に置換される可能性があります。
トリプレット内の 1 つのヌクレオチド塩基が変化すると、トリプレットが終止コドンに変わる可能性があります。 これらのmRNAコドンはポリペプチド鎖の翻訳を停止するため、合成されたポリペプチド鎖は通常の鎖に比べて短くなります。 終止コドンの形成を引き起こす突然変異はナンセンス突然変異と呼ばれます。
DNA 分子内で A-T が G-C に置き換わるナンセンス変異の結果、ポリペプチド鎖の合成は終止コドンで停止します。
逆に、正常に位置する終止コドンの一塩基置換は、それを意味のあるものにすることができ、その場合、変異mRNA、さらには変異ポリペプチドが通常のものよりも長くなることが判明する。
次の種類の分子変異は、ヌクレオチドの欠失 (欠失) または挿入 (挿入) です。 ヌクレオチドのトリプレットが欠失または挿入されると、このトリプレットがコードしている場合、特定のアミノ酸がポリペプチド内で消失するか、新しいアミノ酸が出現します。 ただし、欠失または挿入の結果として、3 の倍数ではないヌクレオチド数が挿入または削除された場合、mRNA 分子のコドンの挿入または欠失に続く他のすべてのヌクレオチドの意味が変化するか、または変更されます。失われます。 このような突然変異はフレームシフト突然変異と呼ばれます。 多くの場合、挿入または欠失に続いて、mRNA ヌクレオチド配列に終止コドンが形成されます。
遺伝子変換は、ある対立遺伝子の断片を別の対立遺伝子に、または偽遺伝子の断片を遺伝子に直接転移することです。 偽遺伝子には多くの突然変異があるため、このような転移は正常な遺伝子の構造を破壊し、突然変異とみなすことができます。 偽遺伝子と遺伝子の間で遺伝子変換を実行するには、それらのペアリングと、その後の DNA 鎖の切断が起こる非定型交叉が必要です。
最近、まったく予想外のタイプの突然変異が発見されました。これは、反復数（ほとんどの場合は 3 ヌクレオチド）の増加によって現れますが、5 ヌクレオチドや 12 ヌクレオチドからなる反復数が増加するケースでは、両方のヌクレオチドが存在します。遺伝子のエクソンやイントロン、あるいは遺伝子の非翻訳領域でさえも報告されています。 これらの突然変異は動的または不安定と呼ばれます。 リピートゾーンの拡大に関連する突然変異によって引き起こされる病気のほとんどは、遺伝性の神経疾患です。 これらは、ハンチントン舞踏病、球脊髄性筋萎縮症、脊髄小脳失調症、筋強直性ジストロフィー、フリードライヒ失調症です。
リピートゾーンを拡大するメカニズムは完全には理解されていません。 集団において、健康な個人は通常、異なる遺伝子に見られるヌクレオチド反復数にある程度のばらつきを示します。 ヌクレオチド反復の数は、世代間および体細胞分裂中の両方で受け継がれます。 しかし、リピート数（遺伝子ごとに異なります）が特定の臨界閾値（これも遺伝子ごとに異なります）を超えると、通常は不安定になり、減数分裂中または受精卵の最初の分裂中にサイズが増加する可能性があります。
遺伝子変異の影響
常染色体劣性疾患のほとんどは、対応する変異遺伝子の機能喪失に起因します。 これは酵素活性の急激な低下によって現れます (ほとんどの場合)。これは酵素の合成または安定性の低下によるものと考えられます。 対応するタンパク質の機能がまったくない場合、そのような影響を与える遺伝子変異をヌル対立遺伝子と呼びます。 同じ変異でも、その影響が分子レベル、生化学レベル、表現型レベルなど、どのレベルで評価されるかに関係なく、個人によっては異なった形で現れる可能性があります。 これらの違いの理由は、十分に広く理解されるのであれば、外部環境の理由だけでなく、他の遺伝子の変異が症状に及ぼす影響にある可能性もあります。
機能喪失型変異のうち、ドミナントネガティブ変異を区別するのが通例である。 これらには、それ自身の産物の機能の低下または喪失を引き起こすだけでなく、対応する正常な対立遺伝子の機能を破壊する変異も含まれます。 ほとんどの場合、ドミナントネガティブ変異の発現は、コラーゲンなどの 2 本以上のポリペプチド鎖からなるタンパク質で見られます。
細胞分裂のたびに DNA が複製されると、かなり多くの分子突然変異が起こると予想されるのは当然でした。 しかし、DNA損傷の修復は細胞内で起こるため、実際にはそうではありません。 数十の酵素がこのプロセスに関与していることが知られています。 彼らは変化した塩基を認識し、DNA 鎖を切断することによってそれを除去し、相補的な無傷の DNA 鎖を使用して正しい塩基と置き換えます。
修復酵素による DNA 鎖内の変化した塩基の認識は、変化したヌクレオチドと第 2 DNA 鎖の相補的塩基との正しい対合が破壊されるという事実によって起こります。 他の種類の DNA 損傷を修復するメカニズムもあります。 新しく発生したすべての分子突然変異の 99% 以上が通常は修復されると考えられています。 しかし、修復酵素の合成を制御する遺伝子に突然変異が発生すると、自然発生的突然変異と誘発的突然変異の頻度が急激に増加し、さまざまながんを発症するリスクが高まります。
遺伝子またはヌクレオチド配列の構造の変化は、この遺伝子によってコードされるタンパク質の変化を引き起こす可能性があります。 遺伝子の構造の変化を突然変異と呼びます。 突然変異は、DNA複製中のランダムなエラーから、電離放射線や突然変異原と呼ばれる特殊な化学物質の遺伝子への影響まで、さまざまな理由で発生する可能性があります。
突然変異は、ヌクレオチド配列の変化の性質（欠失、挿入、置換など）、またはタンパク質生合成中の変化の性質（ミスセンス、ナンセンスフレームシフト突然変異など）に応じて分類できます。
安定した突然変異と動的突然変異もあります。
突然変異の表現型への影響は、機能の喪失または新しい機能の獲得のいずれかになります。
新しく発生した突然変異のほとんどは、DNA 修復酵素によって修正されます。
単一遺伝子性疾患
人間の臓器や組織の体細胞では、各遺伝子は 2 つのコピーで表されます (各コピーは対立遺伝子と呼ばれます)。 遺伝子の総数は約 30,000 個です (ヒトゲノム内の遺伝子の正確な数はまだ不明です)。
表現型
生物レベルでは、突然変異遺伝子は個体の表現型を変化させます。
表現型は人のすべての外部特性の合計として理解されており、外部特性について話すときは、身長や目の色などの実際の外部特性だけでなく、結果として変化する可能性のあるさまざまな生理学的および生化学的特性も意味します。行動遺伝子の。
医学遺伝学が扱う表現型形質は、遺伝性疾患と遺伝性疾患の症状です。 たとえば、耳の欠如、発作、精神遅滞、腎嚢胞などの遺伝性疾患の症状と、遺伝子の突然変異によるあるタンパク質の変化との間には、大きな隔たりがあることは明らかです。特定の遺伝子。
突然変異遺伝子の産物である突然変異タンパク質は、最終的に正常または病理学的形質を変化させるために、他の遺伝子によってコードされている数百、さらには数千の他のタンパク質と何らかの方法で相互作用する必要があります。 さらに、表現型形質の形成に関与する遺伝子産物は、環境要因と相互作用し、その影響下で改変される可能性があります。 遺伝子型とは異なり、表現型は生涯を通じて変化する可能性がありますが、遺伝子型は一定のままです。 このことの最も顕著な証拠は、私たち自身の個体発生です。 私たちは生きているうちに加齢とともに外見的に変化しますが、遺伝子型は変化しません。 同じ表現型の背後に異なる遺伝子型が存在する場合があり、逆に、同じ遺伝子型であっても表現型が異なる場合があります。 後者の主張は、一卵性双生児の研究結果によって裏付けられています。 彼らの遺伝子型は同一ですが、表現型としては体重、身長、行動、その他の特徴が異なる場合があります。 同時に、単一遺伝子性の遺伝性疾患を扱っているとき、通常、変異遺伝子の作用は、その病理学的産物と他の遺伝子の産物または環境要因との数多くの相互作用によって隠蔽されないことがわかります。
細胞が自己複製能力を保持している限り、染色体の構造や数に変化が生じると、そのほとんどが生物の特性に遺伝的変化を引き起こします。 ゲノム変化の性質に応じて、つまり 半数体の染色体のセットに含まれる遺伝子のセット、遺伝子、染色体およびゲノムの突然変異が区別されます。 遺伝性突然変異染色体遺伝
遺伝子変異 DNA 構造における分子変化であり、光学顕微鏡では見ることができません。 遺伝子変異には、その位置や生存能力への影響に関係なく、DNA の分子構造におけるあらゆる変化が含まれます。 一部の変異は、対応するタンパク質の構造や機能に影響を与えません。 遺伝子変異の別の（大部分）部分により、本来の機能を果たせない欠陥のあるタンパク質が合成されます。
分子変化の種類に応じて、次のようなものがあります。
削除（ラテン語のdeletio - 破壊に由来）、つまり 1 つのヌクレオチドから遺伝子までの DNA セグメントの喪失。
重複（ラテン語の duplicatio doubling から）、つまり 1 つのヌクレオチドから遺伝子全体への DNA セグメントの重複または再重複。
反転（ラテン語の inversio - 反転から）、つまり 2ヌクレオチドからいくつかの遺伝子を含む断片までのサイズのDNAセグメントの180度回転。
挿入（ラテン語の insertio -attachment から）、つまり 1 ヌクレオチドから遺伝子全体までのサイズの DNA 断片の挿入。
ほとんどの遺伝性の病状の発症の原因となるのは遺伝子の突然変異です。 このような突然変異によって引き起こされる病気は、遺伝性疾患または単一遺伝子性疾患と呼ばれます。 1 つの遺伝子の突然変異によって発症が決定される病気。
遺伝子変異の影響は非常に多様です。 それらのほとんどは劣性であるため、表現型として現れません。 新しく発生する突然変異のほとんどは有害であるため、これは種の存続にとって非常に重要です。 しかし、その劣性の性質により、体に害を及ぼすことなく、ヘテロ接合状態の種の個体の中で長期間存続し、将来ホモ接合状態に移行する際に発現します。
現在、4,500 を超える単一遺伝子性疾患が存在します。 その中で最も一般的なのは、嚢胞性線維症、フェニルケトン尿症、デュシェンヌ・ベッカー筋症、およびその他の多くの疾患です。 臨床的には、それらは体内の代謝障害（代謝）の兆候として現れます。
同時に、特定の遺伝子のたった 1 塩基の変化が表現型に顕著な影響を与えるケースも数多くあります。 一例は、鎌状赤血球貧血の遺伝子異常です。 ホモ接合状態でこの遺伝性疾患を引き起こす劣性対立遺伝子は、ヘモグロビン分子の B 鎖のたった 1 つのアミノ酸残基 (グルタミン酸 ? > バリン) の置換によって発現されます。このヘモグロビンを持った血液の赤血球は変形（丸いものから鎌状になる）して急速に崩壊し、同時に急性貧血を発症し、血液によって運ばれる酸素量の減少が見られ、貧血により体力が低下します。 、心臓や腎臓の機能障害を引き起こし、変異対立遺伝子のホモ接合性を持つ人々の早期死につながる可能性があります。
染色体の突然変異染色体疾患の原因となります。
染色体の突然変異は個々の染色体の構造変化であり、通常は光学顕微鏡で見ることができます。 染色体変異には多数 (数十から数百) の遺伝子が関与しており、正常な二倍体のセットに変化をもたらします。 一般に、染色体異常によって特定の遺伝子の DNA 配列が変化することはありませんが、ゲノム内の遺伝子のコピー数が変化すると、遺伝物質の欠乏または過剰により遺伝的不均衡が生じます。 染色体変異には、染色体内変異と染色体間変異という 2 つの大きなグループがあります (図 2 を参照)。
染色体内突然変異は、1 つの染色体内の異常です (図 3 を参照)。 これらには次のものが含まれます。
欠失とは、染色体の内部または末端のいずれかの部分が失われることです。 これは、胚発生の混乱や複数の発達異常の形成を引き起こす可能性があります（たとえば、5p-と呼ばれる5番目の染色体の短腕領域の欠失は、喉頭の発育不全、心臓欠陥、精神遅滞を引き起こします。これは、この複合症状は「猫の鳴き声」症候群として知られています。これは、病気の子供の場合、喉頭の異常により泣き声が猫の鳴き声に似ているためです。
反転。 2 か所の染色体切断の結果、得られた断片は 180 度回転して元の場所に挿入されます。 その結果、遺伝子の順序だけが破壊されます。
重複とは、染色体の任意の部分が倍加（または増殖）することです（たとえば、染色体 9 の短腕のトリソミーは、小頭症、身体的、精神的、知的発達の遅れを含む複数の欠陥を引き起こします）。
米。 2.
染色体間変異、または再配列変異は、非相同染色体間の断片の交換です。 このような突然変異は転座と呼ばれます（ラテン語のtrans-for、through、locus-placeから）。 これ：
相互転座 - 2 つの染色体が断片を交換します。
非相互転座 - 1 つの染色体の断片が別の染色体に輸送されます。
? 「中心性」融合（ロバートソン転座）は、短腕を失い、セントロメアの領域で 2 つの末端動原性染色体が結合することです。
染色分体がセントロメアを通って横方向に破壊されると、「姉妹」染色分体は、同じ遺伝子セットを含む 2 つの異なる染色体の「ミラー」アームになります。 このような染色体は同染色体と呼ばれます。
米。 3.
バランスの取れた染色体の再配置である転座と逆位には表現型の症状はありませんが、減数分裂における再配置された染色体の分離の結果、不均衡な配偶子が形成される可能性があり、これが染色体異常を持つ子孫の出現につながります。
ゲノム変異、染色体と同様に、染色体疾患の原因となります。
ゲノム変異には、構造的に変化していない染色体の異数性や倍数性の変化が含まれます。 ゲノム変異は細胞遺伝学的方法によって検出されます。
異数性とは、二倍体セット内の染色体の数の変化 (減少 - モノソミー、増加 - トリソミー) であり、一倍体の染色体の数 (2n+1、2n-1 など) ではありません。
倍数性とは、染色体のセットの数が増加することであり、一倍体 (3n、4n、5n など) の倍数になります。
ヒトでは、倍数性およびほとんどの異数性は致死的な突然変異です。
最も一般的なゲノム変異には次のものがあります。
トリソミー - 核型に 3 本の相同染色体の存在 (たとえば、ダウン症候群では 21 番目のペア、エドワーズ症候群では 18 番目のペア、パトー症候群では 13 番目のペア。性染色体の場合: XXX、XXY、XYY)。
モノソミーとは、2 つの相同染色体のうち 1 つだけが存在することです。 いずれかの常染色体にモノソミーがあると、胚の正常な発育は不可能になります。 人間の生命に適合する唯一のモノソミー、つまり X 染色体上のモノソミーは、シェレシェフスキー・ターナー症候群 (45,X) を引き起こします。
異数性を引き起こす理由は、生殖細胞の形成中の細胞分裂中の染色体の不分離、または極への移動中に相同染色体の 1 つが他の非染色体より遅れる可能性がある後期遅延の結果としての染色体の損失です。相同染色体。 非分離という用語は、減数分裂または有糸分裂において染色体または染色分体の分離がないことを意味します。
染色体の不分離は、減数分裂中に最も頻繁に発生します。 通常、減数分裂中に分裂するはずの染色体は結合したままで、後期には細胞の一方の極に移動します。これにより、2 つの配偶子が生成され、そのうちの 1 つは余分な染色体を持ち、もう 1 つはこの染色体を持ちません。 正常な染色体セットを持つ配偶子が余分な染色体を持つ配偶子によって受精するとトリソミーが発生します (つまり、細胞内に相同染色体が 3 本あります); 染色体を 1 つ持たない配偶子が受精するとモノソミーの接合子が発生します。 常染色体染色体上に一染色体接合子が形成されると、生物の発生は発生の初期段階で停止します。
継承の種類に応じて区別されます 支配的なそして 劣性突然変異。 研究者の中には、半優性変異と共優性変異を特定する人もいます。 優性変異は身体への直接的な影響を特徴とし、準優性変異はヘテロ接合型の表現型がAA型とaa型の中間であることを意味し、共優性変異はヘテロ接合体A 1 A 2 が両方の兆候を示すという事実を特徴とします。対立遺伝子。 劣性突然変異はヘテロ接合体には現れません。
配偶子で優性突然変異が発生すると、その影響は子孫に直接発現します。 ヒトにおける多くの突然変異は優勢です。 それらは動物や植物によく見られます。 たとえば、生成優性突然変異により、短足羊のアンコーナ種が誕生しました。
半優性突然変異の例は、生物体AAとaaの表現型の中間であるヘテロ接合型Aaの突然変異形成である。 これは、生化学的形質の場合、その形質に対する両方の対立遺伝子の寄与が同じである場合に発生します。
共優性変異の例としては、血液型 IV を決定する対立遺伝子 I A および I B があります。
劣性突然変異の場合、その影響は二倍体に隠されています。 それらはホモ接合状態でのみ現れます。 一例は、ヒトの遺伝子疾患を決定する劣性突然変異です。
したがって、生物および集団における変異対立遺伝子の発現確率を決定する主な要因は、生殖周期の段階だけでなく、変異対立遺伝子の優位性でもあります。
直接突然変異? これらは野生型遺伝子を不活化する突然変異です。 DNA にコードされている情報を直接的に変更する突然変異。その結果、元の (野生型) 生物から突然変異型生物への変化が生じます。
復帰突然変異変異体から元の（野生）型への復帰を表します。 これらの復帰には 2 つのタイプがあります。 復帰の一部は、元の表現型の回復を伴う類似の部位または遺伝子座の繰り返しの突然変異によって引き起こされ、真の復帰突然変異と呼ばれます。 他の復帰は、突然変異遺伝子の発現を元の型に向けて変化させる、他の遺伝子の突然変異です。 変異遺伝子の損傷は残っていますが、その機能が回復し、表現型が回復すると思われます。 元の遺伝子損傷 (突然変異) が保存されているにもかかわらず、表現型が (完全または部分的に) 回復することをサプレッションと呼び、そのような復帰突然変異をサプレッサー (遺伝子外) と呼びます。 一般に、抑制は、tRNA およびリボソームの合成をコードする遺伝子の突然変異の結果として発生します。
一般に、抑制には次のようなものがあります。
? 遺伝子内？ すでに影響を受けている遺伝子の 2 番目の変異により、直接変異の結果として欠損コドンが変化し、このタンパク質の機能活性を回復できるアミノ酸がポリペプチドに挿入される場合。 さらに、このアミノ酸は元のアミノ酸 (最初の突然変異が起こる前) に対応しません。 真の可逆性は観察されません。
? 紹介された？ tRNA の構造が変化し、その結果、変異型 tRNA が合成ポリペプチド中に、欠陥のあるトリプレット (直接変異から生じる) によってコードされるアミノ酸の代わりに別のアミノ酸を含む場合。
表現型抑制による変異原の影響に対する補償は除外されません。 これは、細胞が翻訳中の mRNA 読み取りエラーの可能性を高める要因 (たとえば、一部の抗生物質) にさらされた場合に予想されます。 このようなエラーは間違ったアミノ酸の置換につながる可能性がありますが、これにより、直接の突然変異の結果として損なわれたタンパク質の機能が回復します。
突然変異は、その質的特性に加えて、その発生方法によっても特徴付けられます。 自発的(ランダム) - 通常の生活条件下で発生する突然変異。 それらは細胞内で起こる自然なプロセスの結果であり、宇宙放射線、地表の放射性元素、これらの突然変異を引き起こす生物の細胞に取り込まれた放射性核種などの地球の自然放射性バックグラウンドで生じます。 DNA複製エラーの結果。 自然突然変異は、ヒトの体細胞組織および生成組織で発生します。 自然突然変異を判定する方法は、親が優性形質を持っていないにもかかわらず、子供が優性形質を発達させるという事実に基づいています。 デンマークの研究では、約 24,000 個の配偶子に 1 個が優性変異を持っていることが示されました。 それぞれの種における自然突然変異の頻度は遺伝的に決定されており、一定のレベルに維持されています。
誘発された突然変異誘発は、さまざまな性質の突然変異原を使用して突然変異を人為的に作り出すことです。 物理的、化学的、生物学的な突然変異誘発因子があります。 これらの因子のほとんどは、DNA 分子内の窒素含有塩基と直接反応するか、ヌクレオチド配列に含まれています。 誘導された突然変異の頻度は、突然変異原で処理した細胞または未処理の生物の細胞または集団を比較することによって決定されます。 突然変異原による処理の結果、集団内の突然変異の頻度が 100 倍に増加した場合、集団内の 1 つの突然変異だけが自然発生的であり、残りは誘発されると考えられています。 特定の遺伝子に対するさまざまな変異原の標的効果を高める方法の創出に関する研究は、植物、動物、微生物の選択にとって実際的に重要です。
突然変異が発生する細胞の種類に基づいて、生成突然変異と体細胞突然変異が区別されます (図 4 を参照)。
原動力突然変異は生殖原基の細胞と生殖細胞で発生します。 生殖細胞に突然変異（生殖）が発生すると、複数の配偶子が一度に突然変異遺伝子を受け取ることができ、複数の個体（個体）が子孫にこの突然変異を受け継ぐ潜在的な能力が高まります。 配偶子に突然変異が発生した場合、おそらく子孫の中でこの遺伝子を受け取るのは 1 人 (個体) だけでしょう。 生殖細胞の突然変異の頻度は、生物の年齢に影響されます。
米。 4.
ソマティック突然変異は生物の体細胞で発生します。 動物と人間では、突然変異の変化はこれらの細胞内でのみ持続します。 しかし、植物では栄養生殖能力があるため、突然変異が体細胞組織を超えて広がる可能性があります。 たとえば、有名な冬リンゴの品種「デリシャス」は、体細胞の突然変異に由来し、分裂の結果、突然変異型の特徴を持つ枝が形成されました。 これに栄養繁殖が続き、この品種の特性を備えた植物を得ることが可能になりました。
表現型への影響に応じた突然変異の分類は、1932 年に G. Möller によって初めて提案されました。 分類によれば、次のことが確認されました。
非晶質の突然変異。 これは、病的対立遺伝子が正常な対立遺伝子に比べて不活性であるために、病的対立遺伝子によって制御される形質が発現されない状態です。 このような突然変異には、白皮症遺伝子や約 3,000 の常染色体劣性疾患が含まれます。
反型突然変異。 この場合、病的対立遺伝子によって制御される形質の値は、正常な対立遺伝子によって制御される形質の値と反対になります。 このような突然変異には、約 5 ～ 6,000 の常染色体優性疾患の遺伝子が含まれます。
ハイパーモーフィックな突然変異。 このような突然変異の場合、病的対立遺伝子によって制御される形質は、正常な対立遺伝子によって制御される形質よりも顕著になります。 例？ ゲノム不安定性疾患の遺伝子のヘテロ接合保因者。 その数は世界人口の約3%であり、病気の数自体は100の疾病分類に達します。 これらの疾患には、ファンコニ貧血、毛細血管拡張性運動失調症、色素性乾皮症、ブルーム症候群、早老症症候群、多くの形態のがんなどが含まれます。さらに、これらの疾患の遺伝子をヘテロ接合保有している人のがんの発生頻度は、通常の3～5倍です。そして患者自身（これらの遺伝子のホモ接合体）では、がんの発生率が通常の数十倍になります。
異形性突然変異。 これは、病的な対立遺伝子によって制御される形質の発現が、正常な対立遺伝子によって制御される形質と比較して弱まる状態です。 このような変異には、色素合成遺伝子の変異（1q31; 6p21.2; 7p15-q13; 8q12.1; 17p13.3; 17q25; 19q13; Xp21.2; Xp21.3; Xp22）、および 3000 を超える形態の常染色体劣性疾患。
ネオモーフィックな突然変異。 このような突然変異は、病的対立遺伝子によって制御される形質が、正常な対立遺伝子によって制御される形質と比較して異なる（新しい）品質である場合に発生するといわれています。 例: 体内への外来抗原の侵入に応答した新しい免疫グロブリンの合成。
G. メラーの分類の永続的な重要性について言えば、その発表から 60 年後、点突然変異の表現型への影響は、遺伝子のタンパク質産物の構造に及ぼす影響に応じてさまざまなクラスに分類されたことに留意する必要があります。 /またはその表現のレベル。
現段階での遺伝子変異の主な原因
ピライキナ・ヴラドレナ・ヴラジスラヴォヴナ
ニコノバ・アンナ・ヴァレリエヴナ
ロシア連邦、ペンザ、PSU歯学部1年生
サルダエフ・ダミール・アベソビッチ
科学スーパーバイザー、Ph.D. バイオル。 科学、准教授 PSU、ロシア連邦、ペンザ
遺伝学は、生物の遺伝と多様性、およびそれらを制御する方法に関する生物学です。 それは、新しい動物の品種や植物種などの作出のための選抜方法の開発のための科学的根拠です。
現代遺伝学の主要な発見は、遺伝子が再構築される能力、言い換えれば、生物が突然変異する能力によるものです。
遺伝子の突然変異はヌクレオチド配列の違反です。
今日、科学者たちは突然変異を引き起こす主な要因、つまり突然変異原を発見しました。 突然変異は、その生物が位置する条件、つまり栄養、温度など、または特定の化学物質や放射性元素などの要因の作用によって引き起こされることが知られています。 最も危険な変異原はウイルスです。
突然変異の結果は異なる可能性があります。 突然変異は、致死性と亜致死性の両方、また中立と致死の両方の可能性があります。 体が死ぬほど強い突然変異が存在します。 この場合、私たちは致死的な突然変異について話しています。
生物は、その発生のあらゆる段階で致死遺伝子が存在すると死にます。 ほとんどの場合、そのような遺伝子の破壊的な影響は劣性です。それは、遺伝子がホモ接合状態にある場合にのみ現れます。 優性致死効果を伴う突然変異が発生すると、生物は子孫を残さずに死にます。
亜致死遺伝子は生物の生存能力を低下させ、中立遺伝子は生命機能に影響を与えず、重要遺伝子は有益な突然変異です。
自然発生的突然変異と誘発的突然変異もあります。 自然突然変異は、通常の環境条件下では生物の生涯を通じてランダムに発生します。
誘発突然変異とは、人為的条件下または環境の悪影響下でのさまざまな突然変異の結果として生じるゲノムの遺伝性の変化です。
生きた細胞内で起こるプロセスにより、突然変異が絶えず発生します。 突然変異の発生につながる主なプロセスは、複製、転写、および遺伝子組み換え時の DNA 修復の違反です。
突然変異と DNA 複製の関係。 ヌクレオチドにおけるほとんどのランダムな化学変化は、複製中に突然変異を引き起こします。 現在、血小板増加症の原因の 1 つは、凝固因子 V 遺伝子のライデン変異であることが確認されています。この変異は、1691 位のグアニン ヌクレオチドがアデニン ヌクレオチドに置換されることを特徴としています。これにより、アミノ酸が置換されます。この遺伝子の産物であるタンパク質鎖の 506 位にアミノ酸グルタミンを持つアルギニン。 この変異は、下肢の急性深部静脈血栓症の発症に関与しています。 血栓増加症の発症は、腎梗塞や血栓性微小血管症の形成を含む、あらゆる部位での腎血管床の血栓症の発症につながる可能性があります。 これは現代の小児腎臓学における深刻な問題です。
突然変異と DNA 組換えの関係。 不均等な交雑は突然変異を引き起こすことがよくあります。 これは通常、染色体上に元の遺伝子の重複したコピーがいくつかあり、それらが類似のヌクレオチド配列を保持している場合に発生します。 不均等な交差の結果、組換え染色体の一方に重複が発生し、もう一方には欠失が発生します。
突然変異と DNA 修復の関係。 自然発生的な DNA 損傷も非常に一般的です。 このような損傷の結果を排除するために、特別な修復メカニズムがあります（たとえば、DNAの誤った部分が切り取られ、その場所で元の部分が復元されます）。 突然変異は、何らかの理由で修復メカニズムが機能しない場合、または損傷の除去に対処できない場合に発生します。 DNA修復障害の結果は、重篤な遺伝性疾患である早老症になります。
遺伝子変異の修復は、他の遺伝子の変異頻度に複数の変化をもたらします。 1964年、F. ハナウォルトとD. プチジョンは、切除修復システムの多くの酵素の遺伝子の変異がヒトの体細胞変異の頻度の急激な増加につながり、これが色素性乾皮症や悪性腫瘍の発症につながることを証明しました。外皮の。
突然変異誘発性の環境要因は、今日研究者によってよく研究されています。 現時点では、科学者たちは、物理的、化学的、生物学的という 3 つの主要な要因グループを特定しています。 物理的要因 - 電離放射線、太陽の紫外線、地球の自然背景放射線。 化学的要因（突然変異原） - マスタードガス、殺虫剤、防腐剤など。 生物学的要因 - ウイルス、細菌。 体の抗変異原性メカニズムは次のとおりです。 遺伝コードの縮重 - アミノ酸はいくつかのコドンによってコードされています。 酵素による損傷した DNA の除去。 DNA二重らせん。 修復上部構造。
MGE の転移活性は自然突然変異の主な原因です。 MGE の一次配列の研究により、その構造には多数の調節部位とシグナル配列が含まれていることが明らかになりました。これは、MGE が遺伝子自体を破壊することなく、遺伝子の機能に非常に集中的に影響を与えることができることを意味します。
修飾の変動とは対照的に、突然変異の変化は環境条件の変化の前に現れます。 知られているように、修飾の変動は環境条件と身体への影響の強さに依存します。
遺伝子を構成する DNA の構造変化は 3 つのグループに分けられます。 最初のグループの突然変異は、一部の塩基が他の塩基に置き換わるものです (約 20%)。 2 番目のグループの突然変異は、遺伝子内のヌクレオチド対の数の変化であり、その結果、読み取りフレームがシフトします。 最後のグループの変異は、遺伝子内のヌクレオチド配列の反転に関連しています。
遺伝学者は点突然変異も個別に識別します。 これらの突然変異は、1 つの窒素含有塩基が別の窒素塩基に置き換えられるという事実によって特徴付けられます。
点突然変異は、DNA 複製中に発生する自然突然変異の結果として発生することがあります。 また、外部要因（紫外線や X 線放射、高温、化学物質への曝露）や、損傷を受けた DNA 分子の合成中に発生することもあります。
塩基置換突然変異の形成の主な原因は、DNA ポリメラーゼの散発的なエラーであると考えられています。 ワトソンとクリックはこれを次のように説明しました。「DNA 分子が水分子と接触すると、DNA 塩基の互変異性状態が変化する可能性があります。 塩基置換変異が形成される原因の一つは、5-メチルシトシンの脱アミノ化であると考えられています。
突然変異（遺伝子情報の変化）の原因は完全には解明されていませんが、現代遺伝学はこの問題の研究の最終段階にあります。
参考文献:
- アヤラ F.、カイガー J. 現代遺伝学 3 巻。 M.、「ミール」、1988
- グヴォズデフ V.A. 真核生物の可動 DNA。 パート 2. 遺伝子活性とゲノム進化の制御における役割 // ソロス。 教育 雑誌。 - 1998. - No. 8. - P. 15-21。
- ゴロバチョフG.D. 人間の遺伝。T.、「サイエンス」、1983 年。
- ゴルベバ A.A. 小児の希少遺伝病 // 医療インターネット会議の速報。 - 2013. - T. 3. - No. 2. - P. 446。
- グリーン N.、スタウト W.、テイラー D.、生物学 3 巻、M、「世界」、1990 年
- Jonczyk P.、Fijalkowska I.、Kiezla Z. DNA ポリメラーゼ サブユニットの過剰生産。 SOS 変異原に対抗する // 科学アカデミー。 米国 - 1988. - 85. - ページ 2124-2127。
- ドゥビニン N.P. 新しい現代遺伝学 M、「サイエンス」、1989 年
- カニストラロ V.D.、テイラー D.S. シクロブタン二量体における 5-メチルシトシンの脱アミノ化 //分子生物学。 - 2009. - 392. - P. 1145-1157。
- Rovenskikh D.N.、Maksimov V.N.、Tatarnikova N.P.、Usov S.A.、Voevoda M.I. 下肢の急性深部静脈血栓症の発症リスクにおける分子遺伝的要因の役割 // ロシア医学アカデミーシベリア支部の速報。 - 2012. - T. 32. - No. 4. - P. 90-94。
- Spradling A.C.、Stam D.、Beaton A. ショウジョウバエの重要遺伝子の 25% に単一挿入 P 要素変異 // 遺伝学。 1999. - ページ 135-177。
- Chugunova O.L.、シュミキナ M.V. 小児の遺伝性血小板増加症と腎臓病の発症におけるその役割に関する現代の考え // 実践的な小児科の問題。 - 2011. - T. 6. - No. 5. - P. 40-48。
- ヤリギンV.N.、ヴァシリエフV.I. 「生物学」 // 高校。 2008. - P. 84.
突然変異- 突然発生し、身体の特定の遺伝的特徴の変化を引き起こす、遺伝装置の持続的な変化。突然変異の学説の基礎は、この用語を提案したオランダの植物学者で遺伝学者のデ・フリース (1848-1935) によって築かれました。 突然変異理論の主な規定は次のとおりです。
■ 突然変異は突然起こります。
■ 突然変異によって引き起こされる変化は安定しており、継承することができます。
■ 突然変異には方向性はありません。つまり、突然変異は生物にとって有益な場合もあれば、有害な場合もあれば、中立的な場合もあります。
■ 同じ突然変異が繰り返し発生する可能性があります。
■ 突然変異を形成する能力は、すべての生物の普遍的な特性です。
変化が起こる細胞の種類ごとの突然変異:
原動力 - 生殖細胞で発生し、有性生殖中に受け継がれます。
体性 - 非生殖細胞で発生し、栄養生殖または無性生殖中に遺伝します。
生命活動への影響による突然変異:
致死 - 出生前または生殖能力の発現前であっても生物の死を引き起こす。
亜致死的 - 個人の生存能力を低下させる。
中性 - 通常の条件下では生物の生存能力に影響を与えません。
遺伝装置の変化の背後にある突然変異
遺伝子変異 - 核酸分子のヌクレオチド配列の違反によって引き起こされる個々の遺伝子の持続的な変化。これらの突然変異は、特定のヌクレオチドの喪失、余分なヌクレオチドの出現、およびそれらの配列順序の変化によって発生します。 DNA 構造の障害は、修復が起こらない場合にのみ突然変異を引き起こします。
さまざまな遺伝子変異:
1 ) ドミナント、サブドミナント /（部分的に出現）そして 劣性、
2 ) ヌクレオチドの喪失（削除）、 ヌクレオチドの重複(重複)、 ヌクレオチドの順序の変化(反転)、 ヌクレオチドペアの変化(トランジションとトランスバージョン)。
遺伝子突然変異の重要性は、それらが有機世界の進化と選択に関連する突然変異の大部分を占めているという事実にあります。 また、遺伝子の突然変異は、遺伝病などの一連の遺伝性疾患の原因となります。 遺伝子疾患これらは突然変異遺伝子の作用によって引き起こされ、その発病は 1 つの遺伝子の産物 (タンパク質、酵素、または構造障害の欠如) に関連しています。 遺伝子疾患の例としては、血友病、色盲、白皮症、フェニルケトン尿症、ガラクトース血症、鎌状赤血球貧血などが挙げられます。
染色体の突然変異 (異常) - これらは、染色体の再構成の結果として発生する突然変異です。それらは、染色体の切断による断片の形成とその後の結合の結果です。 それらは、同じ染色体内でも、相同染色体と非相同染色体の間でも発生する可能性があります。
さまざまな染色体変異:
■ 欠陥 (削除）いずれかの部分の染色体の喪失により発生します。
■ 倍増 (複製) 染色体の余分な重複セグメントの包含に関連しています。
■ 逆転 (反転) 染色体が切断され、その部分が 180° 回転したときに観察されます。
■ 移行 (転座) - 1 対の染色体の一部が非相同染色体に結合しています。
染色体の突然変異は主に、生命に適合しない重篤な異常（欠損および逆転）を引き起こし、遺伝子増加（倍増）の主な原因となり、遺伝子組換え（転移）により生物の多様性を増大させます。
ゲノム変異- これらは、染色体のセット数の変化に関連する突然変異です。ゲノム変異の主な種類は次のとおりです。
1) 倍数性 - 染色体セットの数の増加。
2）染色体セットの数の減少。
3) 異数性 (または異数性) - 個々のペアの染色体の数の変化
多義性 - 染色体の数が 1 つ増加する - トリソミー、2 つ（テトラソミー）またはそれ以上の染色体による増加。
モノソミー - 染色体の数が 1 つ減少する。
ヌルソミア - 1対の染色体が完全に欠如している状態。
ゲノム変異は種分化 (倍数性) のメカニズムの 1 つです。 それらは、より高い収量を特徴とする倍数体品種を作成し、すべての遺伝子がホモ接合性である（染色体のセットの数を減らす）形態を取得するために使用されます。 ゲノム変異は生物の生存能力を低下させ、以下のような一連の遺伝性疾患を引き起こします。 染色体。 染色体疾患 - これらは、量的（倍数性、異数性）または構造的（欠失、逆位など）の染色体再構成によって引き起こされる遺伝性疾患です（たとえば、「猫の鳴き声」症候群（46、5人）、ダウン症候群（47、21歳以上）、エドワーズ症候群（47、18+）、ターナー症候群（45、XO）、パトー症候群（47、13+）、クラインフェルター症候群（47、XXY）など）。