Мутации: виды, причины и значение¶

Мутации — это стойкие изменения генетического материала организма, возникающие под действием внешних или внутренних факторов и способные наследоваться. Термин ввёл в 1901 году голландский ботаник Хуго де Фриз, изучавший вариабельность вечерницы душистой (Oenothera lamarckiana). Мутации лежат в основе наследственного разнообразия и являются движущей силой эволюции.

¶Причины возникновения

По происхождению мутации делят на спонтанные и индуцированные. Спонтанные возникают самопроизвольно в результате ошибок репликации ДНК, действия эндогенных факторов (реактивных форм кислорода, таутомерии оснований) и нарушений работы репарационных систем. Индуцированные вызываются мутагенами — физическими (ионизирующее излучение, ультрафиолет), химическими (нитрозогуанидин, бензапирен, колхицин) и биологическими (некоторые вирусы).

¶Классификация

По характеру изменений в гене различают:

• точечные мутации — замена одного нуклеотида на другой (трансверсии и транзиции);
• делеции — утрата участка ДНК;
• инсерции — вставка дополнительных нуклеотидов;
• дупликации — удвоение участка хромосомы;
• инверсии — поворот участка на 180°.

По влиянию на фенотип мутации подразделяют на:

• летальные — приводящие к гибели организма (летальность может быть полной или неполной);
• сублетальные — резко снижающие жизнеспособность;
• нормальные (нейтральные) — не меняющие фенотипа заметным образом;
• летальные в рецессивном состоянии — проявляются только в гомозиготном состоянии;
• доминантные — эффект заметен в гетерозиготе;
• гиперморфные, гипоморфные, аморфные и антиморфные — классификация по характеру изменения активности гена (система Б. Н. Писарева и Т. Х. Моргана).

По охвату наследственного материала выделяют генные (точечные), хромосомные (изменения структуры и числа хромосом) и геномные мутации (изменение числа хромосомных наборов — полиплоидия, анеуплоидия).

¶Мутационный процесс

Скорость мутаций характеризуется частотой мутаций — числом мутаций на ген за одно поколение. У человека она составляет около 10⁻⁵–10⁻⁶ на ген в поколении. Мутационный процесс носит ненаправленный характер: мутагены не создают нужные организму изменения, а лишь повышают общий уровень мутагенеза. Этот принцип сформулировал С. С. Четвериков, показавший в 1920-е годы, что в природных популяциях накапливаются скрытые (рецессивные) мутации.

¶Роль в эволюции

Мутации — единственный источник нового генетического материала. Без них естественный отбор не имел бы сырья для действия. Большинство мутаций вредны или нейтральны, полезные составляют небольшую долю. С. С. Четвериков и его школа (И. И. Шмальгаузен, Д. А. Бельский) разработали концепцию хранения мутаций в гетерозиготном состоянии в популяциях.

¶Мутации у человека

У человека известно свыше 10 000 наследственных заболеваний, обусловленных мутациями. Среди них моногенные (муковисцидоз, фенилкетонурия, серповидноклеточная анемия), хромосомные (синдром Дауна — трисомия по 21-й хромосоме) и мультифакториальные. Мутации в соматических клетках могут приводить к раку — накопление определённых мутаций в генах-онкогенах и генах-супрессорах опухолей является основой злокачественного перерождения клеток.

¶Применение в науке и сельском хозяйстве

Мутагенез широко используется в селекции. Методом индуцированного мутагенеза выведены сотни сортов сельскохозяйственных культур. В России значительный вклад в развитие мутационной селекции внёс Н. В. Цицин. Мутации применяются и в генной инженерии: направленный ввод мутаций (CRISPR-Cas9) позволяет изучать функции генов и разрабатывать методы лечения наследственных заболеваний.

¶Интересные факты

• Термин «мутация» происходит от латинского mutatio — «изменение».
• Хуго де Фриз первоначально считал, что мутации возникают скачком и не подчиняются закономерностям — эта гипотеза получила название «теория мутаций» и была позднее уточнена.
• У бактерий известны так называемые гипермутабельные штаммы, у которых частота мутаций повышена в сотни раз из-за дефектов системы репарации.

¶Источники

• Вавилов Н. И. Мутация и селекция // Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции.
• Четвериков С. С. О некоторых аспектах эволюционного процесса с точки зрения современной генетики (1926).
• Дубинин Н. П. Общая генетика. — М.: Наука.
• Голиков А. П., Козлов М. К. Генетика: учебное пособие.
• Пасечник В. В. Генетика: учебник для вузов.