Nie bójmy si? mutantów

W tym artykule przyjrzymy si? czynnikom mutagennym powoduj?cym zmiany w genotypie ro?lin. Mutacje ro?lin jako termin po raz pierwszy wprowadzi? biolog Hugo de Vriesa na prze?omie XIX i XX wieku. Oznacza on zmian? zapisu informacji genetycznej, pierwotne ?ród?o zmienno?ci genetycznej organizmów. Mutacja jest zjawiskiem losowym, podlegaj?cym jednak wp?ywom ?rodowiska (mutagenom – np. chemicznym, promieniowaniu). Cz?sto?? mutacji nie jest sta?a pomi?dzy gatunkami i zale?y mi?dzy innymi od doskona?o?ci aparatu powielania DNA i jego naprawy. Odmienn? klas? mutacji s? zmiany spowodowane transpozycj? (tzw. skacz?ce geny), gdzie odcinek DNA o d?ugo?ci kilkuset do kilku tysi?cy nukleotydów zmienia po?o?enie w obr?bie genomu. Tego typu mutacje s? bardziej rozpowszechnione u niektórych ro?lin np. kukurydza. Wprowadzanie mutacji do materia?u genetycznego nazywa si? mutagenez?. Wspó?czesna genetyka umo?liwia mutagenez? ukierunkowan?, realizowan? za pomoc? in?ynierii genetycznej. Celem do?wiadczalnych modyfikacji genomów ro?linnych jest zrozumienie fundamentalnych procesów biologicznych. W przypadku ro?lin kwestie o podstawowym znaczeniu to proces ró?nicowania tkanek oraz mechanizm indukowania ekspresji poszczególnych genów przez ?wiat?o. Inni badacze d??? do ulepszenia ro?lin wa?nych dla rolnictwa. Nowe i zmienione geny wprowadza si? za pomoc? specjalnych wektorów do pojedynczych komórek ro?linnych hodowanych w laboratorium. Z poszczególnych komórek mo?na uzyska? ca?? ro?lin?, nawet je?li nie s? to komórki zarodkowe. W wielu eksperymentach prowadzonych na ro?linach wykorzystuje si? specjalne wektory pochodz?ce z plazmidów bakteryjnych. W naturze wyst?puj? one w komórkach bakterii powoduj?cej raka szyjki korzeniowej bardzo wielu ro?lin – Agrobacterium tumefaciens. Plazmidy wraz z komórkami bakteryjnymi stanowi? naturalny mechanizm wprowadzania genów do ro?lin. Komórki A. tumefaciens wnikaj? do zranionych cz??ci ro?lin. Plazmid przedostaje si? z bakterii do komórek ro?linnych i cz??? plazmidowego DNA zostaje wbudowana do genomu gospodarza. Niektóre geny plazmidowego DNA ulegaj? ekspresji w komórkach ro?linnych. W efekcie rozwija si? guz. Co dziwne, z takich rakowatych komórek mo?na otrzyma? ca?e, zdrowe ro?liny. Jest to jedyny znany przyk?ad naturalnego przekazywania genów komórkom eukariotycznym przez plazmidy bakteryjne. System ten wykorzystano w in?ynierii genetycznej ro?lin – obce geny, wstawione do plazmidu A. tumefaciens za pomoc? technik rekombinacji DNA, wprowadza si? nast?pnie do ro?lin. Z tak transformowanych komórek otrzymano ro?liny zdolne do wytwarzania zdrowych nasion, przenosz?cych funkcjonalne obce geny. Geny wzmacniaj?ce odporno?? ro?lin na choroby wirusowe lub herbicydy oraz koduj?ce zwi?zki owadobójcze zosta?y ju? wprowadzone do ro?lin wa?nych dla rolnictwa. Wiele z nich przechodzi obecnie próby polowe. Inne badania koncentruj? si? na poprawieniu warto?ci od?ywczej ro?lin uprawnych. Rodzaje mutacji to: genowe (punktowe) - zachodz? na odcinku DNA krótszym ni? jeden gen; polegaj? na zmianie w?a?ciwej sekwencji nukleotydów (zamianie, wyci?ciu lub wstawieniu par pojedynczych nukleotydów lub odcinków troch? d?u?szych); chromosomowe - dotycz? zmiany struktury chromosomów lub ich liczby; strukturalne (aberracje) - polegaj? na zmianie struktury w obr?bie jednego chromosomu lub pomi?dzy chromosomami niehomologicznymi; liczbowe (genomowe) - dotycz? zmiany ca?ego genomu, który zostaje zubo?ony lub powi?kszony o jeden chromosom lub te? zwielokrotniony ca?kowicie (o ca?e "n"); s? wynikiem zaburzenia procesów podzia?owych, konkretnie nieprawid?owego rozej?cia si? chromosomów

Czynniki mutagenne

Czynniki mutagenne wywo?uj? zmiany w materiale genetycznym ro?lin – powoduj? tak zwana mutagenez?. Mutageneza jest wykorzystywana w hodowli ro?lin uprawnych w celu wyprowadzenia nowych odmian. Jest te? wykorzystywana w badaniach naukowych (np. analiza ekspresji genów). Mutageneza mo?e by? losowa lub ukierunkowana – wywo?uj?ca mutacj? w okre?lonym miejscu w sekwencji DNA. Skutki mutacji mog? by? w ogóle niezauwa?alne, mog? prowadzi? do nieznacznej i niegro?nej zmiany fenotypu, a mog? równie? by? przyczyna powa?nych zaburze? oraz ?mierci. Jak ju? wspomniano, mutacje mog? zachodzi? spontanicznie oraz pod wp?ywem ró?nych czynników zewn?trznych. Takie czynniki mutagenne wymienimy po kolei. Mutageny chemiczne to niektóre kwasy (np. kwas azotawy), aminy (np. anilina), pestycydy, niektóre gazy bojowe (iperyt, jako czynnik alkiluj?cy DNA), barwniki wi???ce DNA (interkaluj?ce), dioksyny, niemal wszystkie zwi?zki aromatyczne, kwas azotowy (III) - HNO2 - powoduje usuni?cie grup aminowych z zasad azotowych, co powoduje np. zamian? cytozyny w uracyl; zwi?zki alkiluj?ce (np. iperyt i jego pochodne) - powoduj? do??czanie do zasad azotowych grup alkilowych, co równie? zmienia ich charakter; analogi zasad azotowych (np. bromouracyl) - nie s? prawid?owo odczytywane podczas transkrypcji; barwniki akrydynowe (np. oran? akrylowy, akryflawina, proflawina) - powoduj? wstawianie lub wycinanie sekwencji nukleotydowych; alkaloidy - np. kolchicyna, blokuj?ca tworzenie wrzeciona podzia?owego, co powoduje, ?e chromosomy nie rozchodz? si? podczas podzia?u; sole metali ci??kich. Mutageny fizyczne to promieniowanie jonizuj?ce, gamma, rentgenowskie (promieniowanie X), ultrafioletowe, promieniowanie kosmiczne, wysoka temperatura, szok termiczny, bod?ce traumatyczne – urazy. Mutageny biologiczne to niektóre wirusy np. retrowirusy czy grzyby ple?niowe. Mutageny metaboliczne to brak jonów Mg2+ i brak jonów Ca2+. Najpowa?niejszymi w skutkach s? mutacje genomowe, czyli takie, które powoduj? zmian? liczby chromosomów w genomie. W wielu przypadkach s? one ?miertelne ju? na etapie zygoty. Prawid?owy genom komórek autosomalnych zawiera 2n chromosomów, komórki rozrodcze natomiast maj? 1n. Ci?g dalszy w nast?pnych numerach. Uwa?aj na powrót mutantów! Pisarz: Rolnik Celebryta