Đột biến gen: Cơ chế và tầm quan trọng của đột biến gen
Đọc bài viết này để tìm hiểu về Đột biến gen: Cơ chế và Tầm quan trọng của Đột biến gen của Morgan!
Chúng là những biến thể không liên tục kế thừa đột ngột mới được gây ra bởi sự thay đổi loại nucleotide và trình tự của một đoạn DNA đại diện cho một gen hoặc cistron. Các đột biến gen được ghi nhận đầu tiên là Ancon Sheep (1791) và gia súc không sừng (được thăm dò ý kiến) (1889). Nghiên cứu khoa học đầu tiên về đột biến gen bắt đầu bằng việc phát hiện ra đặc điểm mắt trắng ở Drosophila của Morgan vào năm 1910.
Hình ảnh lịch sự: cc.scu.edu.cn/G2S/eWebEditor/uploadfile/20120812232008746.jpg
Tất cả các gen có thể đột biến. Tuy nhiên, tính đột biến khác nhau từ gen này sang gen khác. Một số gen đột biến cứ 2000 giao tử một lần (ví dụ, gen R cho màu ở ngô) trong khi một số gen khác không làm như vậy đối với vài triệu giao tử (ví dụ, gen Wx + cho nội nhũ sáp của ngô). Hướng đột biến là không thể dự đoán. Nó có thể xảy ra theo mọi hướng có thể tưởng tượng và ở mọi mức độ có thể tưởng tượng được. Một gen đột biến có thể đột biến trở lại kiểu hoang dã.
Đột biến có thể xảy ra ở tế bào soma cũng như tế bào mầm. Chúng có thể gây chết người, có hại, trung tính hoặc có lợi. Hầu hết các đột biến là lặn và liên quan đến mất chức năng. Một số ít là những loài chiếm ưu thế, ví dụ, đột biến đối với aniridia (không có mống mắt trong mắt). Đột biến gen có thể xảy ra tự nhiên và tự động vì lý do nội bộ.
Chúng được gọi là đột biến tự phát. Những người khác được sản xuất bởi các yếu tố bên ngoài hoặc hóa chất. Chúng được gọi là đột biến cảm ứng. Các sinh vật cũng sở hữu các gen đột biến (gây đột biến thông qua thay đổi hoạt động polymerase) và các gen chống phản ứng (kiểm tra sự thay đổi trong trình tự nucleotide trong quá trình sao chép).
1. Đột biến tự phát:
Chúng là các đột biến xảy ra ngẫu nhiên, tự nhiên và tự động do các lý do bên trong mà không liên quan đến bất kỳ yếu tố bên ngoài nào. Tỷ lệ đột biến tự phát thay đổi từ 1 trong 2000 đến 1 trong vài triệu đơn vị. Những lý do có thể là:
(i) Bức xạ nền:
Chúng xảy ra tự nhiên từ nhiều nguồn khác nhau, ví dụ, mặt trời, khoáng chất phóng xạ, (ii) Tautomers. Tất cả bốn bazơ nitơ cũng xảy ra ở trạng thái tautomeric hoặc đồng phân của chúng, tạo thành nhóm imino (HPNH, ví dụ, cytosine, adenine) thay vì nhóm amino (nhómNH 2 ) hoặc nhóm enol (ví dụ: thymine, guanine) thay vì nhóm keto (= CO). Tautomers kết hợp với các cơ sở khác nhau để gây ra sự thay đổi trong chuỗi như AT thành CG. (iii) Khử Cytosine. Cytosine từ từ khử để tạo ra uracil kết hợp với adenine dẫn đến thay đổi trong ghép cặp cơ sở, (iv) Lỗi sao chép. Có một số bước liên quan đến sao chép, phiên mã và dịch thuật. Bất kỳ lựa chọn sai hoặc nhập của nhóm khác nhau sẽ gây ra đột biến. Hầu hết các lỗi sao chép được sửa trong quá trình đọc bằng chứng nhưng một số ít thực hiện chỉnh sửa thoát.
2. Đột biến cảm ứng:
Chúng là những đột biến được tạo ra để đáp ứng với các yếu tố bên ngoài và hóa chất cụ thể. Muller (1927) là người đầu tiên tạo ra đột biến cảm ứng ở Drosophila bằng cách phơi chúng ra tia X. Các yếu tố cụ thể và hóa chất của môi trường gây ra đột biến được gọi là đột biến.
Mutagens:
Bất kỳ yếu tố vật lý hoặc hóa học ngoại bào nào có thể gây đột biến hoặc làm tăng tần số đột biến ở sinh vật được gọi là đột biến.
1. Mutagens vật lý:
Chúng có hai loại, nhiệt độ và bức xạ năng lượng cao.
(i) Nhiệt độ:
Tăng nhiệt độ làm tăng tốc độ đột biến với Q 10 = 5. Nó được tăng cường hơn nữa ở nhiệt độ cao hơn. Sự gia tăng nhiệt độ phá vỡ liên kết hydro giữa hai chuỗi DNA và do đó làm biến tính chuỗi sau. Nó làm xáo trộn quá trình tổng hợp kết nối với sao chép và sao chép. Ở Rice, nhiệt độ thấp được biết là làm tăng tỷ lệ đột biến.
(ii) Bức xạ năng lượng cao:
Chúng bao gồm neutron, hạt alpha, tia vũ trụ, hạt gamma, tia beta, tia X, tia cực tím, v.v ... Tia cực tím là những bức xạ không gây ảnh hưởng đến DNA bằng cách tạo ra các chất làm mờ thymine. Nó gây ra sự bẻ cong trong song công DNA mang lại sự sai lệch. Bức xạ năng lượng cao khác là bức xạ ion hóa. Chúng ion hóa các thành phần DNA có thể phản ứng với một số hóa sinh.
Tia X được biết là khử amin và khử các gốc nitơ, tạo thành peroxit và oxy hóa deoxyribose. Muller (1927) là người đầu tiên gây ra đột biến ở Drosophila với sự trợ giúp của tia X. Ông đã tìm thấy tăng gấp 150 lần tỷ lệ đột biến. Các bức xạ phát ra từ vụ nổ hạt nhân và bom nguyên tử rơi xuống thành phố Hiroshima và Nagasaki ở Nhật Bản đã gây ra nhiều đột biến.
2. Mutagens hóa học:
Chúng có nhiều loại. Những chất phổ biến là axit nitric, chất kiềm hóa, chất tương tự bazơ và acridine.
(i) Axit nitơ:
Nó là một tác nhân khử amin làm thay đổi cytosine thành uracil, guanine thành xanthine và adenine thành hypoxanthine. Hypoxanthine thất bại với cytosine. Do đó, A Cầu T được thay thế bằng Hồng C. Tương tự như vậy, G G được thay thế bởi U Đồi A và C Đ X X. Những cặp cơ sở bất thường hoặc bị cấm làm xáo trộn sao chép và sao chép. Polypeptide không đầy đủ hoặc bị lỗi được sản xuất trong quá trình dịch mã.
(ii) Đại lý kiềm hóa:
Nitrogen mù tạt [ví dụ, RN (CH 2 Cl) 2 ], diethyl sulphate (DES), dimethyl nitrosamine (DMN) và các tác nhân kiềm hóa khác gây ra methyl hóa hoặc ethyl hóa các bazơ nitơ. Loại thứ hai không kết hợp được với các đối tác bình thường cũng như ngăn chặn hai chuỗi DNA.
(iii) Tương tự cơ sở:
Chúng giống với các cơ sở bình thường của DNA và do đó, được kết hợp vào DNA thay cho chúng. Các đột biến phổ biến của loại này là 5-bromouracil và 5-fluorouracil. Họ thay thế cho thymine của DNA và cặp với guanine. Do đó, A T T được thay thế bằng G bởi Bu Bu hoặc Fu. Nó làm xáo trộn nhân rộng, phiên mã và dịch thuật.
(iv) Acridin:
Chúng là các phân tử phẳng dị hợp có nguồn gốc từ tar mà từ đó một số thuốc nhuộm và dược phẩm được điều chế. Acridine (ví dụ, acriflavine, proflavine, euflavine, acridine cam) xâm nhập vào chuỗi DNA ở giữa hai cặp bazơ và gây ra việc xóa hoặc thêm một vài nucleotide. Do đó, khung trình tự nucleotide của DNA sẽ bị xáo trộn và đọc khác nhau. Nó còn được gọi là đột biến khung hoặc đột biến vô nghĩa.
Cơ chế đột biến gen:
Phần nhỏ nhất của gen có thể trải qua đột biến được gọi là muton. Nó có thể nhỏ như một nucleotide. Hầu hết các đột biến gen liên quan đến một sự thay đổi chỉ trong một nucleotide hoặc cơ sở nitơ của cistron. Những đột biến gen được gọi là đột biến điểm.
Một đột biến liên quan đến nhiều hơn một cặp cơ sở được gọi là đột biến gộp. Đột biến gen thường xảy ra trong quá trình sao chép DNA. Do đó, chúng cũng được gọi là đột biến lỗi sao chép. Một gen có thể trải qua một số đột biến điểm. Điều này tạo ra nhiều alen. Đột biến gen xảy ra bằng ba phương pháp Đảo ngược, thay thế (của hai loại chuyển đổi và chuyển đổi hình chữ nhật) và chuyển đổi khung hình (của hai loại Chèn và xóa).
1. Đảo ngược:
Một biến dạng DNA bởi mutagen có thể thay đổi trình tự cơ sở của một cistron theo thứ tự ngược lại. Quá trình này được gọi là đảo ngược. Trình tự mới sẽ tự nhiên có các codon khác nhau, ví dụ,
2. Thay thế (Thay thế):
Thay thế một cơ sở nitơ được thay đổi bằng một cơ sở khác. Nó có hai loại, chuyển tiếp và phiên bản chuyển đổi.
(a) Chuyển đổi:
Một cơ sở nitơ được thay thế bằng một loại khác, nghĩa là, một purine được thay thế bằng một purine khác (adenine ↔ guanine) trong khi một pyrimidine bởi một pyrimidine khác (cytosine ↔ thymine hoặc uracil).
(b) Phiên bản chuyển đổi:
Ở đây một cơ sở purine được thay thế hoặc thay thế bằng một cơ sở pyrimidine và ngược lại, ví dụ, uracil hoặc thymine với adenine và cytosine bằng guanine.
3. Đột biến khung hình:
Chúng là những đột biến trong đó việc đọc khung của chuỗi cơ sở dịch chuyển theo chiều ngang hoặc theo hướng thuận do chèn (thêm) một hoặc nhiều nucleotide hoặc theo hướng lùi do xóa một hoặc nhiều nucleotide. Do đó, đột biến thay đổi khung có hai loại, chèn và xóa.
(a) Chèn:
Một hoặc nhiều nucleotide được thêm vào trong đoạn DNA đại diện cho một cistron hoặc gen.
(b) Xóa:
Một hoặc nhiều nucleotide bị mất từ một đoạn DNA đại diện cho một cistron hoặc gen.
Đôi khi có một lần chèn và một lần xóa số lượng nucleotide bằng nhau để khung không di chuyển nhưng đột biến xảy ra do thay đổi một hoặc nhiều codon.
Đột biến vô nghĩa, cùng ý nghĩa và sai lầm:
Một đột biến vô nghĩa là một đột biến dừng tổng hợp polypeptide do hình thành một codon kết thúc hoặc vô nghĩa, viz., ATT (UAA), ATC (UAG) và ACT (UGA). Một đột biến sai lầm là một đột biến liên quan đến sự thay đổi trong một codon tạo ra một loại axit amin khác nhau tại vị trí cụ thể trong polypeptide, thường dẫn đến sự không hoạt động của nó.
Một đột biến có cùng ý nghĩa là đột biến thầm lặng trong đó codon bị thay đổi nhưng sự thay đổi không làm thay đổi tính đặc hiệu của axit amin (ví dụ: GCA → GCT hoặc GCC hoặc GCG).
Tầm quan trọng của đột biến:
1. Biến đổi:
Đột biến là nguồn gốc của mọi sự biến đổi trong một quần thể. Sự thay đổi làm tăng khả năng thích nghi của sinh vật với môi trường của nó và tránh được cái chết hoặc suy thoái trong một môi trường không thuận lợi.
2. Nghiên cứu về gen:
Trừ khi và cho đến khi một gen đột biến và có một alen lặn hoặc trung gian, nó sẽ vẫn không được chú ý và tầm quan trọng của nó trong sinh lý và kiểu hình của cá thể không thể được đánh giá.
3. Tiến hóa:
Đột biến là đầu đài phun nước của sự tiến hóa. Họ thêm các biến thể mới trong quần thể. Các biến thể cho phép một số sinh vật trở nên phù hợp hơn trong cuộc đấu tranh sinh tồn. Họ, do đó, tồn tại trong khi những người khác với ít biến thể bị diệt vong.
Quá trình tiếp tục và các biến thể tích lũy. Nó tạo ra các giống, phân loài và loài mới. Đôi khi một đột biến đơn lẻ làm phát sinh loại sinh vật mới hơn, ví dụ, Ancon Sheep, Delicious Apple, Navel Orange, Cicer gigas (Giant Gram), Arachis hypogea var. gigantia (Cây lạc khổng lồ). Polyploidy đã sản xuất một số sinh vật mới. Nó đã được tạo ra một cách nhân tạo để có được các loài mới (ví dụ, Triticale) và năng suất tốt hơn.
4. Vi sinh vật công nghiệp:
Công nhân đang tiếp tục phát triển các chủng vi sinh vật đột biến mới hơn để có khả năng lên men tốt hơn (ví dụ như nấm men), năng suất kháng sinh tốt hơn (ví dụ Penicillium) và một số hóa sinh khác.
5. Nguy hiểm về sức khỏe:
Việc sử dụng mutagens ngày càng tăng khiến người lao động và các bộ phận dân cư khác gặp nguy hiểm khi có những đột biến nguy hiểm. Do đó, một số quốc gia đã áp đặt các hạn chế và quy định về việc sử dụng mutagens. Kỹ thuật viên X-quang và công nhân trong các nhà máy năng lượng nguyên tử luôn được cảnh báo phải hết sức cẩn thận đối với việc tiếp xúc ngẫu nhiên.
6. Chăn nuôi:
Có một số giống vật nuôi và vật nuôi. Tất cả chúng có nguồn gốc từ các loại hoang dã thông qua các đột biến. Một số đột biến gần đây bao gồm cừu Ancon, gia súc không sừng, mèo không lông, v.v ... Đột biến cũng xảy ra cho năng suất sữa cao hơn, thời kỳ cho con bú, sản xuất trứng, hàm lượng thịt, năng suất len, khả năng thích nghi với môi trường đa dạng. Những đột biến hữu ích này đã được chọn bởi các nhà lai tạo động vật.
7. Nông nghiệp:
Đột biến đã đóng một phần gần như cách mạng trong nông nghiệp cả khi bắt đầu nền văn minh cũng như bây giờ trong việc cải tiến nông nghiệp để đáp ứng nhu cầu của dân số ngày càng tăng.
(i) Việc thuần hóa một số loại cây đã được thực hiện do đột biến xuất hiện trong chúng, ví dụ, tai cứng trong lúa mì, lúa gạo và ngũ cốc, xơ vải trong bông.
(ii) Súp lơ, Bắp cải, Rau mầm Brussel và Knol Kohl đều là những đột biến được phát triển từ Bắp cải hoang dã.
(iii) Các nhà nhân giống cây trồng đang sử dụng các đột biến cảm ứng để cải thiện cây trồng cho năng suất cao hơn, giá trị dinh dưỡng, độ cứng của rơm, khả năng chống chịu bệnh, thời gian chín của cây trồng ít hơn, kháng bệnh, v.v. Iari, New Delhi.
Các giống lúa mì phổ biến năng suất cao của Mexico được Borlaugh phát triển thông qua việc tập hợp các dị nhân lùn. Chúng ban đầu là hạt đỏ. Màu sắc không được người Ấn Độ ưa thích. Việc trồng trọt của họ ở Ấn Độ đã được thực hiện nhờ sự phát triển của màu hạt hổ phách (ví dụ, Sharbati Sonora) thông qua các đột biến.
(iv) Giống lúa năng suất cao có tên là 'Reimei' được sản xuất thông qua chiếu xạ gamma.
(v) Gustafson (1941, 1947) đã phát triển một số giống lúa mạch thông qua các đột biến cảm ứng. Hai đột biến phổ biến ở Barley là 'erectoides' và 'eceriferum'. Bên cạnh năng suất cao, họ đã kết hợp nhiều nhân vật hữu ích khác như hạn hán và kháng bệnh.
(vi) Giảm thời gian của cây trồng mà không ảnh hưởng đến năng suất là một trong những đóng góp quan trọng của đột biến. Những đột biến như vậy đã đạt được ở hầu hết các loại cây trồng bao gồm Mía (18 tháng đến dưới 10 tháng), Castor (9 tháng đến 4, 5 tháng, ví dụ, giống Aruna).
(vii) Trong thực vật nhân giống sinh dưỡng, đột biến là nguồn duy nhất để cải thiện và phát triển tính biến đổi. Các đột biến cảm ứng là soma trong tự nhiên. Một đột biến soma ở Banana đã tạo ra giống Bhaskara với kích thước quả là 35 cm x 12 cm. Cam không hạt và nho không hạt là đột biến soma. Đột biến soma cũng đã giúp cải thiện Dứa và Khoai tây.
(viii) Khoảng 50% cây trồng ngày nay và cây trồng làm vườn đã phát triển trong tự nhiên thông qua đa bội, ví dụ: Lúa mì, Gạo, Ngô, Gram, Bông, Khoai tây, Mía, Chuối, Dứa, Táo, Lê, v.v.
(ix) Một số lượng lớn các đột biến đã được tạo ra trong cây cảnh để tăng cường vẻ đẹp của chúng, tuổi thọ và hương thơm lâu hơn, ví dụ, Dahlia, Rosa, Chrysanthemum, Pa-paver.
