Мутации и рекомбинация

Мутации вводят новые варианты в последовательность, а рекомбинация тасует существующие, и вместе они генерируют генетическое разнообразие, от которого зависят наследственность и эволюция.

Definition

Мутация — это наследуемое изменение нуклеотидной последовательности ДНК, а рекомбинация — это обмен или перегруппировка сегментов ДНК между молекулами, и то, и другое изменяет генетическую информацию, передаваемую потомкам.

Scope

Эта тема охватывает классы мутаций, включая точечные замены, инсерции и делеции, сдвиги рамки считывания и хромосомные перестройки, различие между спонтанными и индуцированными мутациями, мутагены и тест Эймса, случайный характер мутаций, показанный флуктуационным анализом, и гомологичную рекомбинацию как механизм обмена и репарации ДНК. В ней рассматривается происхождение и обмен вариантами последовательностей; закономерности их наследования и частота в популяциях рассматриваются в других разделах.

Core questions

• Каковы основные классы мутаций и как они влияют на продукт гена?
• Чем отличаются спонтанные и индуцированные мутации по происхождению и частоте?
• Как флуктуационный анализ показал, что мутации возникают случайным образом, а не в ответ на отбор?
• Как гомологичная рекомбинация обменивается генетическим материалом и репарирует разрывы?

Key concepts

• Точечные мутации: миссенс, нонсенс, сайлент
• Инсерции, делеции и сдвиги рамки считывания
• Спонтанные и индуцированные мутации и мутагены
• Флуктуационный тест Лурии-Дельбрюка
• Гомологичная рекомбинация и кроссинговер

Mechanisms

Мутации возникают в результате ошибок репликации, спонтанных химических изменений, таких как дезаминирование, и повреждений, вызванных радиацией или химическими мутагенами; рекомбинация происходит посредством выравнивания гомологичных последовательностей, обмена нитями и разрешения образующихся объединенных молекул, процесс, который также служит для репарации двухцепочечных разрывов.

Clinical relevance

Мутации лежат в основе наследственных заболеваний и соматических изменений, которые вызывают рак, тестирование мутагенов информирует об оценке химических и радиационных опасностей, а рекомбинация используется в генном таргетинге и редактировании генома на основе CRISPR посредством гомологично-направленной репарации.

History

Мёллер продемонстрировал в 1927 году, что рентгеновские лучи вызывают мутации, флуктуационный тест Лурии и Дельбрюка 1943 года показал, что бактериальные мутации возникают спонтанно и независимо от отбора, а открытие МакКлинток транспозонов выявило, что геномы могут перестраиваться.

Key figures

• Hermann Muller
• Salvador Luria
• Max Delbrück
• Barbara McClintock

Seminal works

• lutherbach1943

Frequently asked questions

В чем разница между миссенс-мутацией и нонсенс-мутацией?

Миссенс-мутация изменяет кодон таким образом, что он кодирует другую аминокислоту, тогда как нонсенс-мутация превращает кодон в стоп-сигнал, преждевременно укорачивая белок.

Всегда ли мутации вредны?

Нет. Многие мутации нейтральны и не имеют обнаруживаемого эффекта, некоторые вредны, а некоторые полезны; именно это разнообразие, включая редкие благоприятные изменения, обеспечивает сырье для эволюции.