Цитоплазматическая наследственность: особенность ДНК и значение генов

Процесс передачи генов во внеядерном пространстве называется цитоплазматической наследственностью. Явление не протекает по закону Менделя, так как ДНК находится за пределами хромосом. Оно связано с некоторыми клеточными структурами, включая пластиды у растений и митохондрии у ядерных клеток.

Оглавление:

• Открытие теории
• Митохондрии и пластиды
• Внеядерный процесс
• Развитие организмов и болезни

Открытие теории

Цитоплазматическую либо нехромосомную наследственность открыли немецкие генетики в 1909 году. В первой презентации про детерминанты ученые предоставили информацию о хлоропластах. В 1949 году французский генетик Б. Эфрусси описал неспособность мутантных клеток дышать. Ученый подробно охарактеризовал наследственные признаки митохондриального аппарата.

Первая карта генов была построена Р. Сагером. В основе исследований использовались хлоропласты одноклеточной зеленой водоросли. Передача митохондриальных генов осуществляется по материнской линии. Особенность их структуры — наличие в составе кольцевых молекул. У кишечнополостных органоиды и ДНК состоят из линейных элементов.

Наследование у животных происходит с помощью 37 генов. Аналогичное количество наследственных факторов присутствует у высших растений. По размеру молекула у растений больше, чем у животных.

Органеллы, которые передаются от матери, имеют большое значение для митохондрий. Зигота с равным числом генов от родителей получает митохондрии из яйцеклетки. Ее можно охарактеризовать большим количеством цитоплазм и органелл. В редких случаях происходит наследование по линии отца. Подобное явление происходит у мидий, некоторых видов млекопитающих. В результате дробления зиготы бластомеры расходятся в хаотичном порядке.

Митохондрии и пластиды

Митохондриальные гены можно связать с синтезом белков. В результате мутации нарушается работа внутренних органов. Наибольшее количество отклонений характерно для человека. Мутации приводят к развитию наследственных заболеваний:

• мышечная дистрофия;
• умственная отсталость;
• слепота.

Пластидные гены передаются на уровне одного пола. Хлоропластная ДНК представлена в виде кольцевых молекул, выстроенных в 2 ряда. Они имеют значительную массу. Например, у представителей высших растений их размер колеблется в пределах 120−200 т. п. н. В таких молекулах могут расположиться повторы разных ориентаций. Скорость синтеза белка зависит от того, сколько генов в молекулах ДНК.

Цитоплазма бактериальных организмов содержит в себе основную ДНК. В наследовании могут участвовать и кольцевые ДНК. Клетки дрожжей устойчивы к токсическим компонентам. Пример взаимодействия генов:

• структуры, отвечающие за направление закручивания раковины у прудовика, размещены в гиалоплазме;
• их передачу можно обусловить только яйцеклеткой (материнская линия).

Кроме обязательных структур, в пластидах и митохондриях присутствуют необязательные плазмиды, эндосимбионты, вирусоподобные частички. С помощью гибридологического анализа прослеживается наследование фенотипических признаков, главного генетического элемента.

Внеядерный процесс

Внеядерная наследственность, характерная для многих организмов, способствует появлению более сотен копий пластидных и митохондриальных ДНК. Независимо от ядра, процесс осуществляется случайным образом. Если в результате деления клетка остается без органоидов, их приобрести она не сможет.

Особенность процесса — отсутствие митоза (непрямое деление клеток) и мейоза (разделение ядра). Внеядерные гены не подчиняются менделеевским закономерностям. В них отсутствуют процессы рекомбинации (перераспределение РНК и ДНК). Зигота получает пластиды и митохондрии от яйцеклетки. Мужские органеллы в результате оплодотворения в зиготу не попадают.

Для митохондрий сперматозоидов характерно наличие жгутиков. Проникая внутрь, они отбрасываются. Подобное явление происходит только в гетерогаметных организмах. Соматическое расщепление (появление неадекватных дочерних клеток) в результате вегетативного размножения передается по наследству.

Чтобы получить полную картину о процессе, изучаются все критерии и признаки наследственности. Ученые считают, что наиболее точным и надежным способом является генетический анализ. В результате эволюции некоторые гены перемещаются из одних органоидов в ядро.

Развитие организмов и болезни

Цитоплазматическая наследственность играет важную роль в эволюционной генетике. Несколько сотен видов растений появляются с недоразвитыми тычинками, пыльниками. Подобное связано с цитоплазматической мужской стерильностью (ЦМС). Они используется в селекции при получении гибридных семян, чтобы исключить самоопыление. При нарушении цитоплазматической наследственности у человека развиваются различные заболевания.

Причина их появления — экспрессивность (совокупность признаков). При патологии в клетках присутствуют митохондрии, мутантная и нормальная ДНК. В случае образования яйцеклетки наблюдается случайное распределение структур. Если дозы мутантных ДНК повышены, признаки генетических заболеваний усиливаются. По материнской линии передается такое заболевание, как дистрофия зрительного нерва или синдром Лебера.

Патология не связана с повреждением генов в хромосомах. Основная причина развития синдрома — мутация генов митохондрий. Последние органоиды передаются с яйцеклетками. Заболевание носит двусторонний, последовательный характер. Чаще от него страдают японцы, европейцы. К основным признакам синдрома специалисты относят:

• разная острота зрения;
• снижение цветового восприятия;
• объединение сосудов, что провоцирует скачки давления.

Чтобы поставить точный диагноз, назначается МРТ, КТ. С помощью первого исследования выявляются неспецифические повреждения нерва. На ЭКГ выявляется удлинение разных показателей, включая интервал PR. Болезнь сопровождается неврологическими признаками.

Процесс восстановления зрения зависит от степени мутации. С помощью наследственности организмы передают свои признаки потомству. За счет такой способности живые существа сохраняют свойства, присущие конкретному виду. Подобное обеспечивается генами.