Мутации, изменяющие обмен веществ

     При работе с сельскохозяйственными  животными особое внимание уделяют появлению нежелательных, вредных, летальных или полулетальных мутаций (бесшерстность, беззубость, укорочение позвоночника, укорочение нижней челюсти, сращение ноздрей, недоразвитие мозжечка у крупного рогатого скота; изогнутость передних конечностей, частичное отсутствие кожи, бесшерстность у лошадей; отсутствие конечностей, волчья пасть, паралич задних конечностей, дефекты строения копыт у свиней; уродливый череп, отсутствие конечностей, бесшерстность, дефекты строения копыт у овец; коротконогость, карликовость, отсутствие верхней или нижней части клюва, двупалость, отсутствие оперения, слепота у кур). Однако, кроме известных летальных и полулетальных мутаций в ряде случаев выявлены единичные случаи мутаций одного из генов: например, в Ульяновской области обнаружен в 2003 г. самый необычный кот в мире с шестью лапами. Аналогичный мутант-бычок родился в 1998 г. в Ярославской области.

     Большая часть мутаций у животных обусловливает  патологическое развитие органов. Вместе с тем, некоторые мутации используются человеком при выведении новых пород, например создании различных пород норок и лисиц, имеющих ценную окраску меха; мини-кур яичного и мясного направлений продуктивности с геном карликовости (d_w) и т. д. 
 
 
 
 
 
 
 
 

4. РАЗДЕЛЕНИЕ  МУТАЦИЙ ПО ХАРАКТЕРУ ДЕЙСТВИЯ

         По характеру действия мутации условно делят на:

    -морфологические

    -физиологические

    -биохимические. 
          Морфологические мутации связаны с видимым изменением в строении органов или тканей. К ним относятся, например, ахондроплазия; альбинизм, бесшерстность, безглазость. 
         Физиологические мутации вызывают изменения физиологических процессов. Большинство из них изменяет жизнеспособность особей. 
         Биохимические мутации качественно или количественно изменяют синтез определенных химических веществ в организме. Благодаря им изменяется обмен веществ и, как следствие, его химический состав и потребности в тех или иных веществах. К такому типу относятся мутации, вызывающие непереносимость каких-либо веществ, как, например, повышенная чувствительность собак некоторых пород к ионам меди или непереносимость белков пшеницы.

    Классификация мутаций по действию на фенотип, в отличие от выше приведенной, классификация по действию на разные аспекты фенотипа, несмотря на свою конкретность, не столь полезна, так как самоочевидна, тривиальна и не добавляет нам нового знания:

    - летальные мутации – носитель нежизнеспособен, фенотипа нет.

    - морфологические  мутации – влияют на морфологию организма.

    - физиологические  мутации – влияют на физиологию организма. Иногда выделяют класс поведенческий мутаций, но поведение – всего лишь одно из сложных физиологических проявлений, поэтому их скорее следует считать подклассом физиологических мутаций.

    - биохимические мутации – их влияние можно выявить в биохимическом эксперименте, но они не влияют ни на одну физиологическую функцию. Сюда попадает масса мутаций, не сказывающихся на фенотипе в традиционном, а не молекулярном его понимании, то есть на «обычных» признаках организма. В частности, сюда электроморы белков – их аллельные варианты (продукты разных аллелей одного локуса), различающиеся по электрофоретической подвижности. Хороший вопрос – куда следует относить мутации, влияющие на окраску? Логика заставляет считать их биохимическими мутациями. Однако их очень часто и довольно бездумно записывают в морфологические мутации, вопреки этимологии, указывающей на форму, понимая под морфологией все, что видно глазом.

    - синонимичные мутации – вообще не выявляются в молекулярном продукте гена и могут быть обнаружены лишь при изучении своего материального носителя – соответствующего участка ДНК. Мы помним, что это тот курьезный случай, когда фенотип совпадает с генотипом.

    Есть  еще одна бинарная классификация  мутаций по степени воздействия  на фенотип, которая выглядит тривиальной, но имеет неожиданно большой смысл  – это мутации с качественным эффектом и мутации с количественным эффектом. Суть этой классификации действительно тривиальна и следует из нашего рассмотрения качественных и количественных признаков. Мутации с качественным эффектом приводят к фенотипу, безошибочно отличающемуся от нормального. В том случае, если этот фенотип может быть измерен каким-то параметром, распределения значений этого параметра у нормальных особей и у особей, в которых проявляется данная мутация, не пересекаются. Эффект мутаций с количественным эффектом невелик и сопоставим с изменчивостью признака, привносимой изменчивостью внешней среды или даже с чисто случайной его изменчивостью. Как следствие, носителя такой мутации невозможно выявить по его фенотипу и генетический анализ оказывается возможным лишь методами генетики количественных признаков, оперирующими со многими неразличимыми мутациями подобного типа. Данная «классификация» была бы не достойна упоминания здесь, если бы не одно важнейшее обстоятельство – мутации с небольшим количественным эфектом возникают гораздо чаще, чем мутации с качественным эффектом. А именно, частоты возникновения первых имеют порядок 1/10⁴, а вторых 1/10⁶, то есть мы имеем разницу в сто раз. Этот факт был обнаружен достаточно поздно, поскольку требовал изощренных методов анализа, которые сами по себе не менее интересны, чем причины этого феномена и чем его следствия. Возможно, у нас будет возможность рассмотреть методическую сторону этих исследований, сейчас вкратце коснемся причин и следствий.

    Задним  числом такую высокую частоту  мутаций с небольшим количественным эффектом объяснить легко. Таким  эффектом должны обладать мутации, влияющие не столько на кодирующие части генов, сколько на интенсивность их транскрипции. А мишенью для таких мутаций  может быть весьма протяженная область  ДНК вокруг кодирующей части, которая  влияет на интенсивность транскрипции за счет цис-факторов - разнообразных сайтов связывания с белками-регуляторами, таких как энхансеры, и белками транскрипционной машины или каким-то иным образом.

    Следствия из установленного факта высокой  частоты мутаций с количественным эффектом также вполне серьезны. Организм представляет собой тонко отлаженную машину, построенную за счет тонко  отлаженной генетической программы. Любое  изменение с гораздо большей  вероятностью нарушит отладку и  ухудшит машину в целом, чем улучшит  ее. Поэтому с точки зрения приспособленности  среди мутаций с количественным эффектом преобладают слабо вредные  мутации (slightly deleterious mutations). Следовательно, мутационный процесс сам по себе приводит к постепенному ухудшению приспособленности. То же можно сказать относительно любого важного интегрального признака, на который влияют множество генов: размер тела, плодовитость, интеллект (там, где он имеется) и т. д. Единственной силой, противостоящей этой тенденции к «ухудшению качества» организмов, является естественный отбор – выражаясь формально, особи с большей приспособленностью автоматически имеют больший вклад в следующее поколение. В природе устанавливается динамическое равновесие между мутационным процессом, «ухудшающим» организмы за счет слабо вредных мутаций, и репродуктивным преимуществом, которое имеют носители нормальных аллелей (и даже редких благоприятных мутаций). В условиях, когда какой-то признак перестает влиять на приспособленность, то есть на репродуктивный успех, он начинает деградировать, причем медленно и постепенно каждая мутация имеет весьма малый эффект). Мы можем наблюдать результат этого процесса на примере зрения, которое исчезает у пещерных организмов. Но в данном случае мы видим уже готовый результат длительной эволюции. Мы не можем наблюдать аналогичный процесс деградации интеллекта и физической силы у человека, поскольку находимся внутри очень медленного процесса, занимающего сотни и тысячи поколений. Но в том, что такая деградация человечества в целом имеет место, нет никаких сомнений, коль скоро количество оставленных потомков с какого-то момента развития человечества перестало коррелировать и с силой, и с интеллектом, а скорее наметилась обратная корреляция. Вообще полезно бывает увидеть мир таким, каков он есть. Американцы провели исследование репродуктивного успеха у людей в современном обществе, в котором выяснилось, что в этом отношении с огромным успехом лидировали несколько мужчин, являвшихся активными донорами в банки спермы. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

5. ЧАСТОТА НОВЫХ  МУТАЦИЙ

     Гены  с главным эффектом дают основную информацию о скорости мутационного процесса. Известно, что различные гены имеют разную скорость мутации, некоторые гены мутируют с относительно высокой частотой, другие — менее часто. Скорость генных мутаций у сельскохозяйственных животных не изучена в таких широких масштабах, как у человека и лабораторных животных. Несомненно, разные гены сельскохозяйственных животных также различаются по скорости мутирования, как и у человека.

     Разработаны прямые и косвенные методы определения  скорости мутаций различных генов. Прямой метод применяется в основном по отношению к доминантным мутациям. Этот метод основан на учете числа потомков, имеющих доминантный признак, полученный от родителей, не имеющих его. Точность метода зависит от:

     1) полной пенетрантности доминантного гена;

     2) абсолютной точности определения  кровности потомства;

     3) доминантности признака (он никогда  не является рецессивным);

     4) обусловленности признака только  одним доминантным геном из  одного локуса;

     5) полной генетической обусловленности  признака (он никогда не вызывается  условиями внешней среды).

     С использованием прямого метода была определена мутационная частота для некоторых признаков у человека.

     Скорость  мутаций по доминантному гену, удовлетворяющему изложенным выше требованиям, должна быть выражена числом генов, а не числом случаев в полученном потомстве. Причина этого кроется в том, что в соматических клетках в каждом отдельном локусе гены  сформированы парами. Скорость мутации доминантного гена, равная одному случаю на 20 тыс. родившихся, должна быть выражена как 1 на 40 тыс. гамет, поскольку мутировал только один аллель из двух, имеющихся в локусе.

     Второй (косвенный, или непрямой) метод используется  в генетике человека. Косвенный метод  нельзя применять к сельскохозяйственным животным, поскольку селекционер  сознательно контролирует среднюю  численность потомков, получаемых от одного производителя, и зачастую бракует  тех животных в стаде, которые  производят потомков с дефектами. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

     Мутации в генах, обладающих главными эффектами, возникали в прошлом как у человека, так и у животных. Многие  из этих генов выявлены и изучены. Данные показывают, что скорость мутации для различных генов неодинакова. Новые мутации в большинстве случаев являются рецессивными, и многие из них вредны для организма, хотя  некоторые могут быть желательными. Частота мутации отдельного гена, как правило, низка, и лишь при воздействии каких-то сил она может повышаться.

     Мутации также возникают в полигенных системах, в которых каждый ген  оказывает на один и тот же признак  относительно небольшое воздействие, причем таких генов в этих системах много. К полигенным признакам относится подавляющее большинство хозяйственно-полезных качеств животных, таких, как скорость роста, эффективность использования корма, качество туш и количество ценных компонентов в тушах.

     Генетическое  различие между особями в пределах популяции обусловлено накоплением мутаций на протяжении большого периода времени и представляет исходный материал (сырье), с которым работает селекционер-животновод при совершенствовании своего стада методами разведения.

     Были  предприняты попытки искусственно вызвать (индуцировать) мутации у  сельскохозяйственных животных при  помощи рентгеновских лучей и  других средств с целью получить хотя бы несколько новых полезных мутаций. Такие попытки в практическом плане оказались безуспешными.

     Многие  дефекты у новорожденных животных обусловлены генными мутациями, но многие имеют иное происхождение. Для практиков-животноводов и селекционеров небезынтересно знать, является ли данный дефект по природе генетическим или же он обусловлен негенетическими факторами. Если дефект генетический, то обусловливающий его ген будет передаваться потомкам в последующих поколениях. Если же причины негенетические, то дефект не передается по наследству, но тогда необходимо установить, какие условия и факторы внешней среды ответственны за возникновение дефекта.