POLIPLOIDIJA: VRSTE, PRI ŽIVALIH, LJUDEH, RASTLINAH - BIOLOGIJA - 2026

Poliploidije je vrsta genetske mutacije je dodatek polnim (popolna kompleta) kromosomov v celičnem jedru, ki tvori homolognih parov. Ta vrsta kromosomske mutacije je najpogostejša med evploidi in je značilna po tem, da telo nosi tri ali več popolnih sklopov kromosomov.

Organizem (navadno diploid = 2n) velja za poliploidnega, ko pridobi enega ali več popolnih sklopov kromosomov. Za razliko od točkovnih mutacij, kromosomskih inverzij in podvajanj je ta postopek obsežne narave, to je, da se pojavlja na popolnih sklopih kromosomov.

Vir: Haploid_vs_diploid.svg: Ehambergderivativno delo: Ehamberg

Namesto da bi bili haploidni (n) ali diploidni (2n), je lahko poliploidni organizem tetraploid (4n), oktoploid (8n) ali več. Ta postopek mutacije je pri rastlinah precej pogost in pri živalih redek. Ta mehanizem lahko poveča gensko spremenljivost pri sedečih organizmih, ki se niso sposobni gibati.

Poliploidija je v evolucijskem smislu zelo pomembna v nekaterih bioloških skupinah, kjer je pogost mehanizem za nastanek novih vrst, saj je kromosomska obremenitev dedno stanje.

Kdaj se pojavi poliploidija?

Motnje števila kromosomov se lahko pojavijo tako v naravi kot v laboratorijsko uveljavljenih populacijah. Lahko jih induciramo tudi z mutagenimi sredstvi, kot je kolhicin. Kljub neverjetni natančnosti mejoze se pojavijo kromosomske aberacije in so pogostejše, kot si lahko kdo misli.

Poliploidija nastane kot posledica nekaterih sprememb, ki se lahko pojavijo med mejozo bodisi v prvi mejotski delitvi bodisi med fazo profaze, pri kateri so homologni kromosomi organizirani v pare, da tvorijo tetrade in med neskladjem slednjih se pojavi anafaza I.

Pojav novih vrst

Poliploidija je pomembna, saj je izhodišče za nastanek novih vrst. Ta pojav je pomemben vir genske variacije, saj povzroči na stotine ali tisoče podvojenih lokusov, ki so prosti za pridobitev novih funkcij.

Pri rastlinah je še posebej pomembna in precej razširjena. Ocenjujejo, da več kot 50% cvetočih rastlin izvira iz poliploidije.

V večini primerov se poliploidi fiziološko razlikujejo od prvotnih vrst in zaradi tega lahko kolonizirajo okolja z novimi lastnostmi. Številne pomembne vrste v kmetijstvu (vključno s pšenico) so poliploidi hibridnega izvora.

Vrste poliploidije

Poliploidije lahko razvrstimo glede na število celotnih kromosomskih sklopov, ki so prisotni v celičnem jedru.

V tem smislu je organizem, ki vsebuje "tri" sklope kromosomov, "triploid", "tetraploid", če vsebuje 4 sklope kromosomov, pentaploid (5 sklopov), heksaploid (6 sklopov), heptaploid (sedem nizov), oktoploid (osem igre), nonaploidae (devet iger), dekaploid (10 iger) in tako naprej.

Po drugi strani pa se poliploidije lahko razvrsti tudi glede na izvor kromosomskih darov. V tem vrstnem redu idej je organizem lahko: avtopoliploid ali alopoliploid.

Autopolyploid vsebuje več sklopov homolognih kromosomov, pridobljenih od istega posameznika ali posameznika, ki pripada isti vrsti. V tem primeru se poliploidi tvorijo z združitvijo nev reduciranih gametov gensko kompatibilnih organizmov, ki so katalogizirani kot iste vrste.

Alopoliploid je tisti organizem, ki vsebuje nehomologne sklope kromosomov zaradi hibridizacije med različnimi vrstami. V tem primeru se poliploidija pojavi po hibridizaciji med dvema sorodnima vrstama.

Poliploidija pri živalih

Poliploidija je pri živalih redka ali redka. Najbolj razširjena hipoteza, ki pojasnjuje nizko pogostost poliploidnih vrst pri višjih živalih, je, da so njihovi zapleteni mehanizmi določanja spola odvisni od zelo občutljivega ravnovesja v številu spolnih kromosomov in avtosomov.

Ta ideja je bila podprta kljub nabiranju dokazov pri živalih, ki obstajajo kot poliploidi. Običajno ga opazimo pri nižjih skupinah živali, kot so črvi in ​​najrazličnejši ploski črvi, kjer imajo posamezniki navadno moške in ženske spolne žleze, kar omogoča lažje oploditev.

Vrste s slednjim pogojem se imenujejo samokompatibilni hermafroditi. Po drugi strani pa se lahko pojavi tudi v drugih skupinah, katerih samice lahko dajejo potomce brez oploditve, in sicer s postopkom, imenovanim partenogeneza (ki ne pomeni običajnega mejotskega spolnega cikla)

Med partenogenezo se potomci v osnovi proizvajajo z mitotično delitvijo starševskih celic. Sem spadajo številne vrste nevretenčarjev, kot so hrošči, izopodi, moli, kozice, različne skupine pajkov in nekatere vrste rib, dvoživk in plazilcev.

Za razliko od rastlin je specifikacija s poliploidijo pri živalih izjemen dogodek.

Primeri pri živalih

Glodavec glodavcev Tympanoctomys barriere je tetraploidna vrsta, ki ima 102 kromosoma na somatsko celico. Prav tako ima "velikanski" učinek na vašo semenčico. Ta alopoliploidna vrsta verjetno izvira iz pojava več dogodkov hibridizacije drugih vrst glodavcev, kot sta Octomys mimax in Pipanacoctomys aureus.

Poliploidija pri ljudeh

Poliploidija je pri vretenčarjih neobičajna in velja za nepomembno pri razvejanosti skupin, kot so sesalci (v nasprotju z rastlinami) zaradi motenj v sistemu določanja spola in mehanizmu kompenzacije odmerka.

Približno pet od vsakih 1000 ljudi se rodi z resnimi genetskimi okvarami, ki jih je mogoče pripisati kromosomskim nepravilnostim. Še več zarodkov s kromosomskimi napakami splavi in ​​še veliko jih nikoli ne rodi.

Kromosomske poliploidije veljajo za smrtne. Vendar je v somatskih celicah, kot so hepatociti, približno 50% teh običajno poliploidnih (tetraploidni ali oktaploidni).

Najpogosteje odkrite poliploidije pri naših vrstah so popolne triploidije in tetraploidije, pa tudi diploidni / triploidni (2n / 3n) in diploidni / tetraploidni (2n / 4n) mixoploidi.

V slednjem populacija normalnih diploidnih celic (2n) sobiva z drugo, ki ima 3 ali več haploidnih večkratnih kromosomov, na primer triploid (3n) ali tetraploid (4n).

Triploidije in tetraplodija pri ljudeh dolgoročno niso sposobni preživeti. V večini primerov so poročali o smrti ob rojstvu ali celo nekaj dneh po rojstvu, ki se giblje od manj kot enega meseca do največ 26 mesecev.

Poliploidija v rastlinah

Obstoj več kot enega genoma v istem jedru je igral pomembno vlogo pri nastanku in razvoju rastlin, saj je bil morda najpomembnejša citogenetska sprememba v specifikaciji in evoluciji rastlin. Rastline so bile pot do znanja celic z več kot dvema sklopoma kromosomov na celico.

Že od začetka kromosomskega štetja je bilo opaziti, da je velika vrsta divjih in gojenih rastlin (vključno z nekaterimi najpomembnejšimi) poliploidna. Skoraj polovica znanih vrst dreves (cvetočih rastlin) je poliploidna, prav tako večina praproti (95%) in najrazličnejši mahovi.

Prisotnost poliploidije v rastlinah gymnosperm je redka in zelo spremenljiva v skupinah angiospermov. Na splošno je bilo poudarjeno, da so poliploidne rastline zelo prilagodljive in lahko zasedejo habitate, ki jih njihovi diploidni predniki niso mogli. Poleg tega poliploidne rastline z več genomskimi kopijami nabirajo večjo "variabilnost".

Morda so alopoliploidi (najpogostejši v naravi) znotraj rastlin igrali temeljno vlogo pri specifikaciji in adaptivnem sevanju mnogih skupin.

Izboljšanje vrtnarije

Pri rastlinah lahko poliploidija izvira iz več različnih pojavov, pri čemer so najpogostejše napake med postopkom mejoze, ki povzročajo diploidne gamete.

Več kot 40% gojenih rastlin je poliploidnih, med njimi lucerna, bombaž, krompir, kava, jagode, pšenica, med drugim brez povezave med udomačitvijo in poliploidijo rastlin.

Ker je bil kolhicin uporabljen kot sredstvo za induciranje poliploidije, ga v rastlinah rastlin uporabljamo v bistvu iz treh razlogov:

-Za generiranje poliploidije pri nekaterih pomembnih vrstah kot poskus pridobivanja boljših rastlin, saj je v poliploidih ponavadi fenotip, v katerem je opazna rast "gigabajtov" zaradi dejstva, da je večje število celic. To je omogočilo opazen napredek na področju vrtnarstva in na področju genskega izboljšanja rastlin.

-Za poliploidizacijo hibridov in da ponovno pridobijo plodnost tako, da nekatere vrste preoblikujejo ali sintetizirajo.

-Na koncu pa kot način za prenos genov med vrstami z različno stopljivo plodnostjo ali znotraj iste vrste.

Primeri v rastlinah

V rastlinah je naravni poliploid velikega pomena in še posebej zanimiv je krušna pšenica, Triticum aestibum (hexaploid). Poleg rži je bil namerno zgrajen poliploid, imenovan „tritikale“, alopoliploid z visoko produktivnostjo pšenice in robustnostjo rži, ki ima velik potencial.

Pšenica v gojenih rastlinah je bila izjemno pomembna. Obstaja 14 vrst pšenice, ki so se razvile z alopoliploidijo in tvorijo tri skupine, ena od 14, druga 28 in zadnja od 42 kromosomov. V prvo skupino spadajo najstarejše vrste iz rodu T. monococcum in T. boeoticum.

Drugo skupino sestavlja 7 vrst in očitno izhaja iz hibridizacije T. boeoticum z vrsto divje trave iz drugega roda, imenovanega Aegilops. S križanjem nastane močan sterilni hibrid, ki lahko s podvajanjem kromosomov povzroči rodovitni alotetraploid.

Tretja skupina 42 kromosomov se nahaja v krušnih pšenicah, ki so verjetno nastale s hibridizacijo tertraploidne vrste z drugo vrsto Aegilops, ki ji je sledilo podvajanje kromosomskega komplementa.

Reference

1. Alcántar, JP (2014). Poliploidija in njen evolucijski pomen. Vprašanja pomanjkanja in tehnologije, 18: 17-29.
2. Ballesta, FJ (2017). Nekateri bioetični vidiki v zvezi z obstojem primerov ljudi s popolno tetraploidijo ali triploidijo, rojenih živih. Studia Bioethica, 10 (10): 67–75.
3. Castro, S., & Loureiro, J. (2014). Vloga reprodukcije pri nastanku in razvoju poliploidnih rastlin. Revija Ecosistemas, 23 (3), 67–77.
4. Freeman, S in Herron, JC (2002). Evolucijska analiza Pearsonova vzgoja.
5. Hichins, CFI (2010). Genetski in geografski izvor tetraploidnega glodavca Tympanoctomys barriere (Octodontidae), ki temelji na analizi mitohondrijskih citokromskih b sekvenc (doktorska disertacija, Inštitut za ekologijo).
6. Hickman, C. P, Roberts, LS, Keen, SL, Larson, A., I´Anson, H. & Eisenhour, DJ (2008). Integrirana načela zoologije. New York: McGraw-Hill. 14 ^th Edition.
7. Pimentel Benítez, H., Lantigua Curz, A. in Quiñones Maza, O. (1999). Diploid-tetraploidna miksoloidija: prvo poročilo v našem okolju. Cuban Journal of Pediatrics, 71 (3), 168–173.
8. Schifino-Wittmann, MT (2004). Poliploidija in njen vpliv na nastanek in razvoj divjih in gojenih rastlin. Brazilska revija agrociencia, 10 (2): 151–157.
9. Suzuki, DT; Griffiths, AJF; Miller, J. H & Lewontin, RC (1992). Uvod v gensko analizo. McGraw-Hill Interamericana. 4 ^th Edition.