ТҰҚЫМ ҚУАЛАУ ӨЗГЕРГІШТІГІ

Мутациялық өзгергіштік. Модификациялық өзгергіштік организмдердің генотипіне әсер етпейді. Модификациялармен қатар генотипі өзгеретін өзгергіштіктің басқа формасы болады. Өзгергіштіктің бұл формасы генотиптік немесе мутациялық өзгергіштік, ал жеке өзгерулер мутациялар деп аталады. Будандасқан кезде гендердің қайтадан комбинациялану нәтижесінде де тұқым қуалау өзгерістерінің болуы мүмкін.

Тұқым қуалау өзгерістерінің болатынын Дарвин де білді. Оның бүкіл эволюциялық теориясы тұқым қуалау өзгерістерінің табиғи сұрыпталуы жайындағы ілімнен келіп шығады. Тұқым қуалау өзгергіштігі - табиғи сұрыпталу мен қолдан сұрыпталудың қажетті алғы шарттары. Алайда Дарвин заманында тұқымқуалаушылық бойынша тәжірибеге негізделген деректер жоқ болатын және тұқым қуалау заңдары белгісіз еді. Бұл жағдайда өзгергіштіктің әртүрлі формаларын дәлме-дәл ажыратуға мүмкіндік бермеді.

Мутация туралы ұғымды ғылымға голландиялық ботаник де Фриз енгізді. Ол есекшөп (энотера) өсімдігінде белгілердің қалыпты формадан ерекше секірмелі ауытқуларын және ол ауытқулардың тұқым қуалайтынын байқады. Әртүрлі объектілерге - өсімдіктерге, жануарларға, микроорганизмдерге жүргізілген одан былайғы зерттеулер мутациялық өзгергіштік құбылысының барлық организмдерге тән екенін көрсетті.

Генотиптің материалдық негізі хромосомалар болып табылады. Мутациялар - бұл ортаның сыртқы немесе ішкі факторларының әсерімен болатын хромосомалардағы өзгерістер. Мутациялық өзгергіштік комбинациялық өзгергіштіктен басқаша. Мутациялар - бұл генотипте жаңадан пайда болып отыратын өзгерістер, ал комбинация - ата-ене генінің зиготада қайтадан үйлесуі. Мутациялар организм құрылысы мен оның атқаратын қызметінің алуан түрлі жақтарын қамтиды. Мысалы, дрозофилада қанаттарының пішіні (олардың мүлдем жоғалып кетуіне дейін),дене реңі, денесінде түктің жетілуі, көздерінің пішіні және реңі (қызыл, сары, ақ, күрең қызыл және т. б.) жөнінде мутациялық өзгерістері белгілі, сондай-ақ, бұлардың көптеген физиологиялық белгілердің (өмірінің ұзақтығы, өсімталдығы, әртүрлі зақымдаушы әсерлерге төзімділігі және т. б.) мутациялық өзгерістері болады.

Тұқым қуалайтын айқын ауытқулармен қатар, бастапқы формаларынан тек аздаған ғана айырмасы бар мутациялар өте жиі кездеседі. Солай бола тұрса да, мутациялар белгісі және тұқымқуалаушылық - секірмелі сипатта болады деген де Фриздің пікірі өз күшінде калып отыр. Мутациялар әртүрлі бағытта болады және бұлар организмге пайдалы, бейімделуші өзгерістер болып табылмайды. Бұл жөнінде дарвинизмге арналған тарауда бұрын айтылған болатын.

Пайда болатын мутациялардың көпшілігі организм үшін жағымсыз; тіпті оны жойып жібереді. Ондай мутациялардың көпшілігі рецессивті. Аллельді доминантты гендермен жұптасқанда бұлар фенотиптік көрініс бермейді. Кейде организмнің тіршілік қабілетін кемітетін, тіпті оны жойып жіберетін доминантты мутациялар да болады. Генотипінің өзгеру сипаты бойынша мутацияларды бірнеше типтерге бөледі.

Гендік мутациялар. Хромосомалар құрылысының өзгеруі микроскоптан көрінуге байланысы жоқ мутациялар кеңінен таралған. Мұндай мутациялар жеке гендердің сапалы өзгерістері болып табылады да, гендік мутациялар деп аталады. Көбінесе микроорганизмдерге жүргізілген зерттеулер негізінде мұндай мутациялардың хромосомалар құрамына енетін, ДНҚ-ның химиялық құрылысын қайта түзуге байланысты болатыны дәлелденді. Хромосомалық ДНҚ-дағы нуклеотидтер жүйелілігінің өзгерістері, бірер нуклеотидтердің түсіп қалып, екінші нуклеотидтердің қосылуы ДНҚ бетінде түзілуші РНҚ құрамына өзгеріс енгізеді, ал бұл кезегі келгенде белок молекуласын синтездеуінде аминқышқылдардың жаңа жүйелілігін қамтамасыз етеді. Осының нәтижесінде клеткада жаңа белок синтезделе бастайды да, ол организмде жаңа қасиеттің пайда болуына апарып соғады.

Хромосомалық мутациялар. Хромосомалардың қайта өзгеруі көрінетін мутациялар да бар. Ондай өзгерістерге, мысалы, бір хромосоманың үзіндісі екінші хромосомаға ауысып жалғанып кетуі, сондай-ақ бір хромосоманың өз үзіндісі 180° бұрылып, екінші жағымен қайта жалғануы және жеке хромосомадағы бірсыпыра құрылымдық өзгерістер жатады.

Мутацияның ерекше бір тобына хромосома санының өзгеруі жатады. Бұл мутациялар кейбір хромосомалардың артылып немесе жойылуына апарып соғады. Қандай да бір себептермен мейоз процесінің бұзылуынан хромосомада осындай өзгеріс болады, мұнда хромосомалар екі жаңа клеткаға қалыпты тең таралудың орнына, гомологты хромосомалардың екеуі бір клеткаға ауысып кетеді. Әдетте, бұзылудың мұндай түрі организм тіршілік қабілетін төмендетеді.

Тұқым қуалау өзгерісінің ерекше типі хромосомалар санының еселеп өсуімен білінетін полиплоидия құбылысы болып саналады. Әдетте полиплоидиялардың пайда болуы митоз немесе мейоз процестерінің бұзылуына байланысты болады. Митоздық бөлінуде кейде хромосомалар ажырап, полюстерге таралып кетпейді және жас ядролар түзбейді, сол бұрынғы ядрода қалып қояды. Егер, бұл процесс жыныс клеткасында болмай, диплоидты хромосома жиынтығы бар сома клеткасында болса, мұндай жағдайда диплоидтыға қарағанда хромосомалары екі есе көп (тетраплоидты) клетка бірден-ақ пайда болады. Демек, ол екі гаплоидты жиынтықтың орнына төртеу (4n) болып шығады. Егер айтылған процесс мейоз кезінде болса, конъюгацияланатын гомологты хромосомалар клетканың қарама-қарсы екі полюсіне ажырап, тарап кетпейді де, диплоидты гамета пайда болады. Егер ұрықтану кезінде осындай диплоидты гамета қалыпты гаплоидты гаметамен қосылып кетсе, триплоидты (3n) зигота түзіледі. Егер екі гамета диплоидты болса, олардан тетраплоидты (4n) зигота түзіледі.

Табиғаттағы өсімдіктерде полиплоидтық түрлер жиі болады және жануарларда өте сирек кездеседі. Өсімдіктердегі полиплоидтар диплоидтармен салыстырғанда, анағұрлым күшті өседі, тұқымдары, жемістері ірі және салмақты болады, т. с. с. Өсімдіктердің мол өнім беретін сорттарын шығару жайындағы жұмыстарда полиплоидия құбылысы практикада кеңінен пайдаланылады.

Қазіргі кезде бөлінуші клеткадағы бөліну ұршығын бұзатын, бірақ хромосомалардың екі еселенуіне бөгет жасамайтын кейбір улармен (мысалы, колхицинмен) әсер ете отырып, эксперименттік жолмен полиплоидтар алу мүмкіндігін туғызатын методтар жасалды.

Сома мутациялары. Мутациялар әркашан хромосомалар құрылысындағы (ДНК молекуласындағы өзгеріске) немесе санындағы өзгерістерге байланысты. Егер бұл өзгерістер жыныс клеткаларында болса, сол жыныс клеткаларынан дамыған ұрпақта ол өзгерістер байқалады. Мұндай өзгерістер сома клеткаларында да болуы мүмкін. Олар сома мутациялары деп аталады. Мұндай мутациялар өзгерген клеткалардан дамитын организм бөлігінің белгілерін ғана өзгертеді.

Жануарларда сома мутациялары келесі ұрпақтарына берілмейді, өйткені оларда сома клеткаларынан жаңа организм пайда болмайды. Өсімдіктерде бұл жағдай басқаша. Пайда болған өзгерісті сұлатпа бұтақтар арқылы және телу жолымен, кейде өсімдіктердің келесі ұрпақтарында сақтап қалуға болады және ол өзгеріс тұракты түрде тұқым қуалап отырады.

Мутациялардың жиілігі мен себептері. Пайда болған мутацияларды есепке алып отырудың өзі өте қиын. Мутациялардың көпшілігі рецессивті түрде болады. Олар жыныс клеткаларындағы хромосомаларда, шоғырланған гендерде пайда болады. Жаңадан пайда болған рецессивті мутациялы гамета әдетте ұрықтануда ондай мутациясы жоқ гаметамен қосылады. Сондықтан, жаңадан пайда болған рецессивті мутацияның фенотиптігі білінбейді. Алайда, келесі ұрпақтарда бұл мутация өз хромосомасымен бірге көбейігі, сол түрдің особьтарына таралады. Бірдей рецессивті мутациялы екі гамета қосылса ғана, ол фенотипте білінеді.

Табиғи жағдайларда жеке геннің мутациясы өте сирек кездеседі. Үстіртін қарағанда геннің мұндай болмашы өзгеріштігі табиғи сұрыпталуға қажет тұқым қуалайтын өзгергіштіктің материалын жеткілікті етіп бере алмайтын тәрізді деген ұғым тууы мүмкін. Шындығында бұл олай емес. Организмде бірнеше мыңдаған ген бар, сондықтан ондағы мутациялардың жалпы саны едәуір көп болады. Мысалы, дрозофила гаметаларының 5%-ке жуығы қандай түрде болса да мутациялы болатыны анықталды. Әртүрлі географиялық аймақтарда дрозофиланың табиғи популяцияларындағы мутацияларды зерттегенде, олар алуан түрлі мутацняларға «толы» екенін көрсетті, алайда мутациялардың көпшілігі рецессивті болғандықтан - олардың фенотиптілігі білінбейді.

Гендердің әрқайсысында мутациялардың сирек жүруіне байланысты, геннің едәуір тұрақтылығы туралы сөз қозғауға болады. Мұның биологиялық үлкен маңызы бар. Шынында, гендер тез және жиі өзгеретін болса, онда түрлердің сақталуы мүмкін болмас еді де әрбір ұрпақтағы организмдер ата-енелеріне ұқсамайтынжаңа бірдемеге айналып кеткен болар еді. Түрлердің салыстырмалы тұрақтылығы - организмдердің мекен ортасына бейімделуінің маңызды шарты.

Мутациялық қабілеттің болуы - геннің негізгі қасиеттерінің бірі. Әрине, әрбір жеке мутацияның қандай да бір себебі болады. Алайда көптеген жағдайларда бұл себептер бізге белгісіз больчп қалып отырады. Мутациялар сыртқы ортадағы өзгерістермен байланысты. Бұған дәлел: әртүрлі сыртқы факторлар арқылы әсер етіп, мутациялар санын кенет арттыруға болады. Мутацияларды эксперименттік әдіспен алудың ең тиімді жолы - нуклеин қышқылдарына әсер ететін факторларды пайдалану. Бұл өзінен-өзі түсінікті, өйткені гендер - ДНҚ тізбегінің бір бөлігі.

Мутацияларды эксперименттік жолмен алу. Рентген сәулесі нің әрекетінен тұқым қуалайтын өзгерістер санының кенет артатыны тұңғыш рет тәжірибе үстінде анықталды. Рентген сәулесін түсіру әсерімен алынатын мутациялар санын 150 есе, тіпті одан да жоғары арттыру мүмкіндігі туды. Содан бері эксперимент арқылы әртүрлі организмдерден, бактериялар мен вирустан бастап, сүтқоректілерден және гүлді өсімдіктерден де мутациялар алынды. Рентген сәулесі және басқа иондаушы радиация формаларымен қатар, әртүрлі химиялық және физикалық әсерлермен: температураның, газ режимінің, ылғалдылықтың өзгерістері және т. с. с. арқылы мутация туғызуға болады. Зат алмасу процестерін қамтитын, әсіресе ДНК синтезіне қатысты өзгерістер мутациялық процеске ықпалын тигізеді. Мутациялар алудың практикалық та маңызы бар, өйткені мұның өзі тұқым қуалайтын өзгергіштікті арттырып, сұрыптау үшін материал береді.

Тұқым қуалау озгергіштігіндегі гомологтық қатарлар заңы. Н. И. Вавилов маңызды заңдылықты дәлелдеп берді. Ол тұқым қуалау өзгергіштігіндегі гомологтық қатарлар заңы деген атпен белгілі. Бұл заңның мәні - бір-біріне генетикалық жақын (шығу тегінің бірлігімен бір-біріне байланысты) түрлер мен туыстардың тұңым қуалау өзгергіштігі қатарларының ұқсастығымен сипатталады. Бір түрдің тұқым қуалайтын өзгерістерін біле тұра, оған туыстас түрлер мен туыстарда осы сиякты өзгерістер табылатынын алдын ала болжауға болады. Астық тұкымдасындағы өзгергіштіктің гомологтық қатарларының бірнеше мысалдары ұсынылған таблицада беріліп отыр. Жануарлардан да осындай заңдылықтарды кездестіреміз. Мысалы, кемірушілерде жүнінің реңі жағынан гомологтық қатарлар болады.

Гомологтық қатарлар заңы - бұл тұқым қуалау өзгергіштігінің жалпы заңдылығы. Мұның практикалық үлкен маңызы бар, өйткені бұл сұрыптау үшін тұқым қуалаудағы ауытқуларды іздестіруді жеңілдетеді.

Астық туқымдасындағы туқым қуалау өзгергіштігініқ гомологтық қатарлары(Н. И. Вавилов бойынша)

Таблица Н. И. Вавиловтың «Тұқым қуалау өзгергіштігіндегі гомологтық қатарлар заңы» деген еңбегінен алынған, 1935.

Ескерту « + » белгісі аталған қасиеті бар тұқым қуалау пішіндерінің болатынын көрсетеді.

Әдебиет: Жалпы биология. Алматы, 1991. -Б.118-120.