Мутагенез

МутагенезЛИТЕРАТУРА Акберова С.И., Мусаев П., Магомедов Н.М. и др. Пара- аминобензойная кислота как антиоксидант // Биоан- тиоксидант: Тез. докл. М., 1998. С. 103–104. Григорова Н.В. Антимитотический и защитный эффект пара-аминобензойной кислоты в опытах с химическими мутагенами на Crepis �capillari�es //Химический мутагенез и качество сельскохозяйственной продук- ции. М.: Наука, 1983. С. 262–267. Заключение Всесоюзного научно-исследовательского института гигиены и токсикологии пестицидов, полимер- ных материалов и пластических масс. Киев, 1985. И.А. Рапопорт – ученый, воин, гражданин: Очерки, воспоминания: Материалы. М.: Наука, 2001. 2-е изд. 2003. 335 с. И.А. Рапопорт. Избр. труды: Гены. Эволюция. Селекция. М.: Наука, 1995. 249 с. И.А. Рапопорт. Избр. труды: Открытие химического му- тагенеза. М.: Наука, 1993. 304 с. Иосиф Абрамович Рапопорт // Биобиблиография ученых. Сер. биол. Генетика. М.: Наука, 1993. Вып. 6. 91 с. Кожевникова Н.А., Рапопорт И.А., Иваницкая Е.А., Пуд- рина И.Д. Влияние пара-аминобензойной кислоты на активность дезоксирибонуклеазы интактного и облученного препарата // Докл. АН СССР. 1983. Т. 273. № 2. С. 476–479. Лобашев М.Е., Смирнов Ф.А. К природе действия хими- ческих агентов на мутационный процесс. Сообщение 1. Действие уксусной кислоты на non–�dis�junc�tion и транс- генации у Drsophila� �� melan�o�gas��ter // Докл. АН СССР. 1934а. Т. 2(3). Вып. 5. С. 307–311. Лобашев М.Е., Смирнов Ф.А. К природе действия хими- ческих агентов на мутационный процесс. Сообщение 2. Действие аммиака на возникновение летальных трансгенаций // Докл. АН СССР.

Рапопорт И.А. Карбонильные соединения и химический механизм мутаций // Докл. АН СССР. 1946. Т. 54. № 1. С. 65–68. Рапопорт И.А. Микрогенетика. М.: Наука, 1965. Рапопорт И.А. Микрогенетика. М., 2010. 530 c Рапопорт И.А. Молекулярный дипольный момент в хи- мическом мутагенезе // Микрогенетика. М.: Наука, 1965. С. 67–94. Рапопорт И.А. Феногенетический анализ независимой и зависимой дифференцировки // Тр. Ин-та цитологии, гистологии и эмбриологии. 1948. Т. 2. Вып. 1. 135 c. // Онтогенез. 1992. Т. 23. № 3/6. Онтогенез. 1993. Т. 24. № 1/2. Рапопорт И.А., Васильева С.В., Давниченко Л.С. Роль пара-аминобензойной кислоты в репарации повреж- дений, индуцированных УФ и гамма-излучениями // Докл. АН СССР. 1979. Т. 247. № 1. С. 231–234. Сахаров В.В. Йод как химический фактор, действующий на мутационный процесс у Drosophila� �� melan�ogaste�r // Биол. журнал. 1932. Т. 1(8). Вып. 3/4. С. 1–8. Сахаров В.В. Специфичность действия мутационных факторов // Биол. журнал. 1938. 7. № 3. Свечин Ю.К., Михеева Н.Н. Влияние пара-аминобен- зойной кислоты на рост и мясные качества свиней // Зоотехния. 1990. № 1. С. 53–56. Строева О.Г. Иосиф Абрамович Рапопорт 1912–1990. М.: Наука, 2009. 213 с. Строева О.Г. Механизм химического мутагенеза в свете микрогенетической концепции И.А. Рапопорта // Iндукований мутагенез в селекцi�� рослин. Бiла Церква, 2012. С. 6–12. Сюй Чень-мань. Получение мутантов у озимой пшеницы под действием быстрых нейтронов // Радиобиология. 1964. № 3. Шангин-Березовский Г.Н., Костин А.В. Развитие и резис- тентность крупного рогатого скота в зависимости от способа введения биологически активного соедине- ния пара-аминобензойной кислоты // С.- х. биология. Сер. биология животных. 1992. Т. 6. С. 128–131. Эйгес Н.С. Влияние ПАБК на сорта озимой пшеницы в условиях производственного опыта // Химические му- тагены и пара-аминобензойная кислота в повышении урожайности сельскохозяйственных растений. М.: Наука, 1989а. С. 38–64. Эйгес Н.С. Изучение мейоза у мутантов озимой пшеницы, полученных при действии этиленимина // Химический мутагенез и создание селекционного материала. М.: Наука, 1972. С. 230–243. Эйгес Н.С. Изучение разных способов обработки ПАБК ярового ячменя в хозяйствах Ногинского района Московской области // Химические мутагены и пара- аминобензойная кислота в повышении урожайности сельскохозяйственных растений. М.: Наука, 1989б. С. 99–123. Эйгес Н.С. Мутагенный эффект разных концентраций этиленимина на озимой пшенице // Тр. Моск. об-ва испытателей природы. 1966. Т. 23. С. 66–78. Эйгес Н.С. Мутагенный эффект этиленимина и гамма-лучей при действии на воздушно-сухие семена озимой пшени- цы // Радиобиология. 1964. Т 4 Вып. 1. С. 20–28. Эйгес Н.С. Цитогенетический анализ мутантов озимой пшеницы, полученных при действии этиленимина в разных концентрациях // Генетика. 1971. Т. 7. № 6. С. 11–24. Эйгес Н.С., Вайсфельд Л.И. Закономерности действия пара-аминобензойной кислоты на зерновые культуры // Химический мутагенез и задачи сельскохозяйствен- ного производства. М.: Наука, 1993. С. 191–198. Эйгес Н.С., Вайсфельд Л.И., Волченко Г.А. Специфич- ность химического мутагенеза на озимой пшенице и создание мутантов с множественными мутациями, определяющими наиболее важные признаки // Тез. докл. I съезда Вавилов. об-ва генетиков и селекцио- неров (ВОГиС). Генетика. 1994. Т. 30. Прил. С. 187. Эйгес Н.С., Валева С.А. Сравнительное изучение действия гамма-лучей и этиленимина // Радиобиология. 1961. Т. 1. № 2. С. 304–309. Эйгес Н.С., Волченко Г.А. Коллекция мутантов озимой пшеницы, полученных методом химического мута- генеза И.А. Рапопорта // Матер. Междунар. конф. «Сохранение генетических ресурсов». Цитология. 2004. Т. 46. № 9. С. 891–892. Эйгес Н.С., Волченко Г.А., Вайсфельд Л.И., Волченко С.Г. Адаптивные свойства озимой пшеницы, полученные методами наследственной и ненаследственной из- менчивости // Современный мир, природа и человек. Томский ун-т. 2011. Т. 2. № 1. С. 55–58. Эйгес Н.С., Волченко Г.А., Волченко С.Г. и др. Коллек- ция хемомутантов озимой пшеницы и возможности интенсификации селекционного процесса // Идеи Н.И. Вавилова в современном мире: Тез. III Вавилов. междунар. конф. Санкт-Петербург. 2012. С. 368. Эйгес Н.С., Волченко Г.А., Волченко С.Г. Некоторые аспекты биофизико-биохимических взаимодействий химических мутагенов и модификаторов с биологи- ческими системами. Внедрение в практику // ��V Съезд биофизиков России. Симпозиум 3. «Физика – меди- цине и экологии»: Матер. докл. Нижний Новгород, 2012. С. 251. Эйгес Н.С., Иванов Ю.А. Изучение содержания белка в зерне у мутантов озимой пшеницы, полученных при действии этиленимина // Химические супермутагены в селекции. М.: Наука, 1975. С. 164–169. Эйгес Н.С., Кузнецова Н.Л., Волченко Г.А. и др. Множественные мутации на озимой пшенице, определяющие хозяйственно ценные признаки // Вестн. Украинского об-ва генетиков и селекционеров (Вiсник УТГС). 2009. Т. 7. № 2. С. 269–275. Эйгес Н.С., Мартынюк В.В. Жизнеспособность, констан- тность и фертильность мутантов озимой пшеницы, полученных при действии этиленимина // Химический мутагенез и создание селекционного материала. М.: Наука, 1972. С. 220–230. Auerbach Ch., Robson I.М. Chemical �pro�duc�tion o��f mu�ta�tions // Letters to Editor. Nature. 1946. V. 157. Р. 302. Khvostova V.V., Mozhaeva V.S., Aigaes N.S., Valeva S.A. Mutants, induced by ionising radiations and ethyleneimine in winter wheat // Mutat. Res. 1965. V . 2. �P

Сочинения Ху́го Де Фриз^[7], также Гуго Де Фрис (нидерл. Hugo de Vries, 1848—1935)

·         Избранные произведения. — М., 1932.

·         The Mutation Theory (немецкое издание, 1900—1903), (английское издание, 1910—1911).

·         Species and Varieties: Their Origin by Mutation. — 1905.

·         Plant Breeding — 1907 (немецкий перевод, 1908).

·         Intracellular Pangenesis. — Чикаго, 1910.

Печатные труды

• Коржинский С. И. Северная граница чернозёмно-степной области восточной полосы Европейской России в ботанико-географическом и почвенном отношении. I. Введение. Ботанико-географический очерк Казанской губернии // Труды Общества естествоиспытателей при Казанском университете. 1888. Т. 18, вып. 5. С. 1—253
• Коржинский С. И. Северная граница чернозёмно-степной области восточной полосы Европейской России в ботанико-географическом и почвенном отношении. II. Фитотопографические исследования в губерниях Симбирской, Самарской, Уфимской, Пермской и отчасти Вятской // Труды Общества естествоиспытателей при Казанском университете. 1891. Т. 22, вып. 6. С. 1—201
• Коржинский С. И. Флора Востока Европейской России в её систематическом и географическом соотношениях. I // Известия Томского университета. 1893. Кн. 5. С. 71—299
• Коржинский С. И. Гетерогенезис и эволюция. К теории происхождения видов. I // Записки Академии наук по физико-математическому отделению. 1899. Т. 9, № 2. С. 1—94

Мутагенез — внесение изменений в нуклеотидную последовательность ДНК (мутаций). Различают естественный (спонтанный) и искусственный (индуцированный) мутагенез.

Естественный мутагенез

Естественный, или спонтанный, мутагенез происходит вследствие воздействия на генетический материал живых организмов мутагенных факторов окружающей среды, таких как ультрафиолет, радиация, химические мутагены.

Мутационная теория Де Фриза и Коржинского

Мутационная теория составляет одну из основ генетики. Она зародилась вскоре после переоткрытия Т. Морганом законов Менделя в начале XX столетия. Можно считать, что она почти одновременно зародилась в умах голландца Хуго Де Фриза^[1] (1903) и российского ботаника Сергея Коржинского^[2] (1899). Однако приоритет в первенстве и в большем совпадении изначальных положений принадлежит российскому ученому^[3]. Признание основного эволюционного значения за дискретной изменчивостью и отрицание роли естественного отбора в теориях Коржинского и Де Фриза было связано с неразрешимостью в то время противоречия в эволюционном учении Чарльза Дарвина между важной ролью мелких уклонений и их «поглощением» при скрещиваниях (см. кошмар Дженкина).

Основные положения мутационной теории Коржинского — Де Фриза можно свести к следующим пунктам^[4]:

1. Мутации внезапны, как дискретные изменения признаков
2. Новые формы устойчивы
3. В отличие от наследственных изменений, мутации не образуют непрерывных рядов, не группируются вокруг какого-либо среднего типа. Они представляют собой качественные скачки изменений
4. Мутации проявляются по-разному и могут быть как полезными, так и вредными
5. Вероятность обнаружения мутаций зависит от числа исследуемых особей
6. Сходные мутации могут возникать неоднократно

Механизмы мутагенеза

Последовательность событий, приводящая к мутации (внутри хромосомы) выглядит следующим образом: происходит повреждение ДНК (если повреждение ДНК не было корректно репарировано, оно приведет к мутации); в случае если повреждение произошло в незначащем (интрон) фрагменте ДНК, или если повреждение произошло в значащем фрагменте (экзон) и, вследствие вырожденности генетического кода не произошло нарушения, то мутации образуются, но их биологические последствия будут незначительными или могут не проявиться.

Мутагенез на уровне генома также может быть связан с инверсиями, делециями, транслокациями, полиплоидией и анеуплоидией, удвоением, утроением (множественной дупликацией) некоторых хромосом и т.д.

В настоящее время существует несколько подходов, использующихся для объяснения природы и механизмов образования точечных мутаций. В рамках общепринятой, полимеразной модели считается, что единственной причиной образования мутаций замены оснований являются спорадические ошибки ДНК-полимераз. В настоящее время такая точка зрения является общепринятой^[5].

Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик предложили таутомерную модель спонтанного мутагенеза^[6]. Они объяснили появление спонтанных мутаций замены оснований тем, что при соприкосновении молекулы ДНК с молекулами воды могут изменяться таутомерные состояния оснований ДНК.

Образование мутаций замены оснований объяснялось образованием Хугстиновских пар.^[7]. Предполагается, что одной из причин образования мутаций замены основания является дезаминирование 5-метилцитозина,^[8]

Точечные мутации

Основная статья: Точечная мутация

Точечная мутация, или единственная замена оснований, — тип мутации в ДНК или РНК, для которой характерна замена одного азотистого основания другим. Термин также применяется и в отношении парных замен нуклеотидов. Термин точечная мутация включает также инсерции и делеции одного или нескольких нуклеотидов.

Хромосомные мутации

1. Инверсии
2. Реципрокные транслокации
3. Делеции
4. Дупликации и инсерционные транслокации

Геномные мутации

1. Анеуплоидия
2. Полиплоидия

Ядерные и цитоплазматические мутации[править | править код]

• Ядерные мутации — геномные, хромосомные, точечные.
• Цитоплазматические мутации — связанные с мутациями неядерных генов, находящихся в митохондриальной ДНК и ДНК пластид —хлоропластов.

Искусственный мутагенез

Сайт-направленный мутагенез. Синтезируют пару праймеров, несущих мутацию, и пару праймеров, комплементарных концам нужного фрагмента ДНК. В ходе первых двух реакций образуются фрагменты ДНК с мутацией, которые объединяют в третьей реакции. Полученный фрагмент вставляют в нужную генно-инженерную конструкцию.

Искусственный мутагенез широко используют для изучения белков и улучшения их свойств (направленной эволюции (англ.)).

Ненаправленный мутагенез[править | править код]

Методом ненаправленного мутагенеза в последовательность ДНК вносятся изменения с определенной вероятностью. Мутагенными факторами (мутагенами) могут быть различные химические и физические воздействия — мутагенные вещества, ультрафиолет, радиация. После получения мутантных организмов производят выявление (скрининг) и отбор тех, которые удовлетворяют цели мутагенеза. Ненаправленный мутагенез более трудоемок и его проведение оправдано, если разработана эффективная система скрининга мутантов.

Направленный мутагенез

В направленном (сайт-специфическом) мутагенезе изменения в ДНК вносятся в заранее известный сайт (DNA binding site). Для этого синтезируют короткие одноцепочечные молекулы ДНК (праймеры), комплементарные целевой ДНК за исключением места мутации.

Мутагенез по Кункелю

Для бактериальной плазмиды (внехромосомной кольцевой ДНК) получают уридиновую матрицу, то есть такую же молекулу, в которой остатки тимина заменены на урацил. Праймер отжигают на матрице, проводят его достройку in vitro с помощью полимеразы до кольцевой ДНК, комплементарной уридиновой матрице. Двухцепочечной гибридной ДНК трансформируют бактериальные клетки, внутри клетки уридиновая матрица разрушается как чужеродная, и на мутантной одноцепочеченой кольцевой ДНК достраивается вторая цепь. Эффективность такого способа мутагенеза менее 100 %.

Мутагенез с помощью ПЦР

Полимеразная цепная реакция позволяет проводить сайт-направленный мутагенез с использованием пары праймеров, несущих мутацию, а также случайный мутагенез. В последнем случае ошибки в последовательность ДНК вносятся полимеразой в условиях, понижающих её специфичность.

Примечания

1. ↑ Фриз Г. де, Избр. произв., пер. [с франц.], М., 1932
2. ↑ Коржинский С., Гетерогенезис и эволюция. К теории происхождения видов, СПБ, 1899 (Записки АН. Серия 8. Отдел физико-математич., т. 9, № 2)
3. ↑ Мутационная теория
4. ↑ С. Г. Инге-Вечтомов. Генетика с основами селекции. М.: Высшая школа. 1989. 591 с.
5. ↑ Pham P., Bertram J. G, O’Donnell M., Woodgate R., Goodman M. F. A model for SOS-lesion-targeted mutations in Escherichia coli // Nature. — 2001. — 408. — P. 366—370.
6. ↑ Watson J. D., Crick F. H. C. The structure of DNA // Cold Spring Harbor Symp. Quant. Biol. — 1953. — 18. — P. 123—131.
7. ↑ Полтев В. И., Шулюпина Н. В., Брусков В. И. Молекулярные механизмы правильности биосинтеза нуклеиновых кислот. Компьютерное изучение роли полимераз в образовании неправильных пар модифицированными основаниями // Молек. биол. — 1996. — 30. — С. 1284—1298.
8. ↑ Cannistraro V. J., Taylor J. S. Acceleration of 5-methylcytosine deamination in cyclobutane dimers by G and its implications for UV-induced C-to-T mutation hotspots // J. Mol. Biol. — 2009. — 392. — P. 1145—1157.