Что такое полиплоидия

Полиплоидия — мутация, приводящая к кратному увеличению числа наборов хромосом. Мы знаем, что гены локализованы в хромосомах. Если хромосомы имеют одинаковый набор генов и имеют одинаковую форму и размер, то они называются гомологичные хромосомы. В норме большинство организмов имеет двойной набор хромосом, то есть этот набор состоит из пар гомологичных хромосом. Например, в записи генотипа "Aa" каждый символ обозначает аллель гена в паре гомологичных хромосом. Число наборов хромосом в клетках каждого организма называют - плоидность, а организм с двойным набором хромосом - диплоидом. В норме в процессе мейоза в гамету может попасть только одна хромосома из каждой пары гомологичных хромосом. Например для организма с генотипом "Aa" мы получаем гаметы "A" and "a", то есть гаметы имеют только один гаплоидный набор хромосом. В дальнейшем, при слиянии гамет с гаплоидным набором хромосом, вновь образуется диплоидный организм. У него два набора хромосом, из которых один поступил от материнского организма, а другой от отцовского. Но процесс клеточного деления может быть нарушен, что может привести к изменению числа наборов хромосом. И в результате этого мы можем получить полиплоидов - организмов с увеличенным набором хромосом.

Полиплоидия у животных

В животном мире полиплоиды встречаются у видов, утративших нормальный половой процесс и видов, у которых яйцеклетки развиваются без оплодотворения (Партеногенез), например у нематод, аскарид, пиявок, у некоторых видов насекомых, земноводных и рыб. У многих млекопитающих полиплоидные клетки встречаются в отдельных органах (печень, и др.), но пример полной полиплоидии известен лишь один это тетраплоид - южно-американская крыса вискаша (the South American red viscacha rat)(Tympanoctomys barrerae) (вид, родственный морским свинкам и шиншиллам). Эти животные принадлежат семейству Octodontidae, отряда грызунов. Живут в Аргентине на солончаках и крайне редки. Основная причина того, что полиплоидия у животных встре­чается редко, заключается в том, что этот тип мутаций на­рушает функционирование хромосомного механизма определения пола: если количество X - хромосом пре­вышает две, у организмов отмечаются нарушения в разви­тии и они или погибают, или неспособны к размножению. В геноме этой крысы учетверены только аутосомы, а число X - хромосом - обычное для диплоидных организмов. Исследователи полагают, что именно благодаря этому красные вискаши сохранили жизнеспособность и плодовитость.

Полиплоидия у растений

У большинства растений этого ограничения не существует, поскольку у них нет X - хромосом и возможно самоопыление. Поэтому полиплоидия гораздо чаще встречается среди растений, нежели среди животных. Существуют природные и искусственно полученные полиплоиды. Например, мягкая пшеница — природный полиплоид, состоящий из шести гаплоидных наборов хромосом родственных видов злаков. Полиплоиды получают в результате воздействия на растения температуры, ионизирующей радиации, химических веществ (колхицин), которые разрушают веретено деления клетки. Многие культурные растения полиплоидны, то есть содержат более двух наборов хромосом. Среди полиплоидов оказываются многие основные продовольственные культуры: пшеница, картофель, овес. В растениеводстве известно более 500 полиплоидов (рожь, сахарная свекла, виноград, гречиха, мята, редис, лук и др.). Некоторые полиплоиды обладают большой устойчивостью к действию неблагоприятных факторов и хорошей урожайностью. Большое многообразие полиплоидов наблюдается в цветоводстве: если одна исходная форма в гаплоидном наборе имела 9 хромосом, то культивируемые растения этого вида могут иметь 18, 36, 54 и больше хромосом. Различают автополиплоидов и аллополиплоидов.

Автополиплоидия и Аллоплоидия

Автополиплоидия - наследственное изменение, кратное увеличение числа наборов хромосом в клетках организма одного и того же биологического вида. На основе искусственной автополиплоидии синтезированы новые формы и сорта ржи, гречихи, сахарной свёклы и других растений.

Аллоплоидия - кратное увеличение количества хромосом у гибридных организмов. Возникает при скрещивании растений, которые относятся к разным видам или родам. Гибриды первого поколения, как правило, бесплодны. Причина бесплодия заключается в нарушении коньюгации хромосом в мейозе. Увеличение числа наборов хромосом у таких гибридов приводит к восстановлению плодовитости.

Триплоиды

Триплоиды имеют три набора хромосом. Известны такие триплоиды как банан, арбуз, имбирь, цитрусовые. Большинство таких растений стерильны и только небольшая часть из них фертильны. Используя генетический калькулятор можно посмотреть какие типы гамет даст триплоид. Для этого нужно каждую группу хромосом (генов) в записи генотипа родителей заключить в символы амперсанда, например так : &AAA&. Такая запись учитывает все возможные комбинации, в том числе и те, которые являются результатом нерасхождения хромосом. А так как нерасхождение хромосом возникает достаточно редко, то соотношение гамет в данном случае не будет соответствовать действительности, также как и соотношение по генотипам или фенотипам в таком скрещивании. Выбрав пункт "Гаметы генотипа 1" для результатов скрещивания вы увидите комбинации гамет, которые могут образоваться. Как вы можете видеть гаметы могут быть гаплоидными, диплоидными или иметь несбалансированное число хромосом. Гамет последнего типа формируется достаточно много, что и определяет стерильность большинства организмов с нечетным набором хромосом, в данном случае триплоидов.

Однако мы должны сказать, что существуют растения для которых тирплоидия это норма, например это сосна(57 хромосом), свекла(27), яблоня(51). Такие растения дают нормальные гаметы. Для того, чтобы отобрать только нормальные гаметы в конец записи необходимо добавить символы процентов вот так - &AAA%%&. Как программа определяет какие гаметы - нормальные? В случае четного числа наборов хромосом плоидность просто делится на 2. В случае нечетного числа плоидность также делится на 2, но затем к полученному результату прибавляют 0.5 и отнимают 0.5 и таким образом мы получим два значения. Например для триплоидов нормальные гаметы это гаплоиды (A) и диплоиды (AA) (3/2 = 1.5; 1.5 + 0.5 = 2(AA); 1.5 - 0.5 = 1(A)). Если нужно отобрать только гаметы с определенной плоидностью, то для этого ты должен между знаками процентов написать нужное значение. Например - &AAA%1%& если нужны только гаплоидные гаметы или &AAA%2%& - если нужны только диплоидные гаметы. Соотношение нормальных гамет полностью достоверно и если для обоих родительских генотипов в скрещивании вы используете отбор нормальных гамет, то и соотношения по генотипам и фенотипам будет достоверным.

Полиплоиды могут быть гомозиготными и гетерозиготными. Гомозиготные триплоиды это "AAA" и "aaa". А гетерозиготные это "Aaa" and "AAa". Есть одно важное правило для решения генетических задач с полиплоидами. В каждой группе полиплоидных генов ты можешь использовать только по одному типу доминантного и рецессивного аллелей, например вот так: &AAa%%&&Bbb%%& а такая запись как - &Aab%%& будет неверной. В отличие от полигенного наследования - для полиплоидии порядок написания доминантных и рецессивных аллелей неважен. Поэтому написав генотипы таким образом &aAa%%& или &aaA%%& ты все равно получишь верные результаты. Выбрав пункт "Гаметы генотипа 1" для результатов скрещивания вы увидите комбинации гамет, которые будут давать триплоиды "&AAA%%&", "&aaa%%&" и "&Aaa%%&", "&AAa%%&". Используя генетический калькулятор вы также можете увидеть какие соотношения по фенотипам могут дать эти триплоиды в скрещиваниях.

Тетраплоиды, гексаплоиды и другие полиплоиды

В природе можно также встретить растения с пятью гаплоидными наборами хромосом - пентаплоиды. Например Kenai Birch (Betula papyrifera) - это пентаплоид. Как и триплоиды, пентаплоиды это полиплоиды с нечетным набором хромосом. Для пентаплоидов нормальные гаметы это триплоиды (AAA) и диплоиды (AA) (5/2 = 2.5; 2.5 + 0.5 = 3(AAA); 2.5 - 0.5 = 2(AA)). Используя генетический калькулятор вы также можете увидеть какие соотношения по гаметам и фенотипам могут дать пентаплоиды.

Но лучше изучены полиплоиды с четным набором хромосом - тетраплоиды (четыре набора хромосом) и гексаплоиды (шесть наборов хромосом). Известны такие тетраплоиды как твердая пшеница, картофель, капуста, табак, лук-порей, арахис, хлопок, яблоня, пеларгониум. Для тетраплоидов нормальные гаметы это диплоиды (AA) (4/2 = 2(AA)). А варианты родительских генотипов, которые вы можете использовать в генетическом калькуляторе - такие &AAAA%%&, &AAAa%%&, &AAaa%%&, &Aaaa%%&, &aaaa%%&.

Из гексаплоидов известны такие как тритикале, овес, хризантема и киви. Для гексаплоидовв нормальные гаметы это триплоиды (AAA) (6/2 = 3(AAA)). А варианты родительских генотипов, которые вы можете использовать в генетическом калькуляторе - такие &AAAAAA%%&, &AAAAAa%%&, &AAAAaa%%&, &AAAaaa%%&, &AAaaaa%%&, &Aaaaaa%%&, &aaaaaa%%&.

Также известны октаплоиды (восемь наборов хромосом) такие как анютины глазки, сахарный тростник, георгины и клубника (нормальные гаметы - тетраплоиды (8/2 = 4(AAAA)). Декаплоиды (десять наборов хромосом), например некоторые сорта клубники (нормальные гаметы - пентаплоиды (10/2 = 5(AAAAA)). Додекаплоиды (двенадцать наборов хромосом), например растение Celosia argentea (нормальные гаметы - гексаплоиды (12/2 = 6(AAAAAA)).

Хочешь больше интересных статей?

• Генетический калькулятор
• Как использовать генетический калькулятор
• Как записать родительские генотипы
• Как работать с файлами признаков
• Решетка Пеннета : практика и примеры
• Решение задач со сцепленным наследованием
• Решение задач со сцепленным с полом наследованием
• Решение задач с неполным и кодоминированием
• Решение задач с доминантным и рецессивным эпистазом
• Решение задач с полигенным наследованием
• Решение задач с нерасхождением хромосом