Генетическая изменчивость

Генетическая изменчивость — это либо наличие, либо генерация генетических различий. Она определяется как «образование особей, различающихся по генотипу , или наличие генотипически различающихся особей, в отличие от различий, вызванных окружающей средой, которые, как правило, вызывают только временные, ненаследуемые изменения фенотипа » . ^[1] Генетическая изменчивость в популяции способствует биоразнообразию , поскольку гарантирует, что нет двух абсолютно одинаковых живых существ. ^[2] Хотя многие факторы могут вызывать генетическую изменчивость, некоторые факторы также могут ее снижать.

Причины

Существует множество источников генетической изменчивости в популяции:

Гомологичная рекомбинация является существенным источником изменчивости. Во время мейоза у половых организмов ( половое размножение ) две гомологичные хромосомы пересекаются и обмениваются генетическим материалом. Этот случайный процесс обмена генетическим материалом известен как рекомбинация, и он регулируется собственным набором генов. ^[3] Контролируемость генами означает, что рекомбинация имеет переменную частоту. Как правило, она чаще встречается в областях хромосомы, где имеется большее количество генов. Она создает больше комбинаций генов. ^[3] После того, как это происходит, хромосомы разделяются и готовы внести свой вклад в формирование потомства.
Иммиграция , эмиграция и транслокация – каждое из них представляет собой перемещение особи в популяцию или из нее. Когда особь попадает в новую популяцию после того, как она пришла из генетически изолированной, она увеличит генетическую изменчивость следующего поколения, при условии, что она будет размножаться. ^[4]
Полиплоидия – наличие более двух гомологичных хромосом. Это обеспечивает большую рекомбинацию во время мейоза и большую генетическую изменчивость у потомства. Однако это явление также может оказаться трудным для деления клеток . ^[5]
Диффузные центромеры – в бесполых организмах, где потомство является точной генетической копией родителя, существуют ограниченные источники генетической изменчивости. Однако одна вещь, которая увеличивает изменчивость, – это наличие диффузных центромер вместо локализованных центромер . Диффузия позволяет хроматидам разделяться многими различными способами, что приводит к фрагментации хромосом и полиплоидии. ^[6]
Генетические мутации – способствуют генетической изменчивости в популяции и могут иметь положительные, отрицательные или нейтральные эффекты на приспособленность. ^[7] Эта изменчивость может легко распространяться по всей популяции путем естественного отбора , если мутация увеличивает приспособленность затронутой особи , и ее эффекты будут минимизированы/скрыты, если мутация вредна. Если особь может выжить с имеющимися у нее мутациями, эти мутации, скорее всего, будут переданы потомству. Однако, чем меньше популяция и ее генетическая изменчивость, тем больше вероятность того, что рецессивные/скрытые вредные мутации проявятся, вызывая генетический дрейф . ^[7]

Повреждения ДНК очень часты, в среднем у людей они происходят более 60 000 раз в день на клетку. Это происходит из-за метаболических или гидролитических процессов, которые обобщены в повреждении ДНК (естественное) . Большинство повреждений ДНК аккуратно восстанавливаются различными естественными механизмами восстановления ДНК . Однако некоторые повреждения ДНК остаются и приводят к мутациям.

Кроме того, не все типы мутаций происходят так часто, как другие. Некоторые мутации могут иметь огромное влияние на организм человека, а некоторые — нет. Это зависит от того, какая комбинация пар оснований изменяется. ^[8]

Большинство спонтанно возникающих мутаций являются результатом подверженной ошибкам репликации (транслезионный синтез) после повреждения ДНК в цепи матрицы. Например, у дрожжей более 60% спонтанных замен и делеций одиночных пар оснований, вероятно, вызваны транслезионным синтезом . ^[9] Другим важным источником мутаций является неточный процесс репарации ДНК, негомологичное соединение концов, которое часто используется для восстановления двухцепочечных разрывов ДНК. ^[10] (Также см. Мутация .) Таким образом, кажется, что повреждения ДНК являются основной причиной большинства спонтанных мутаций, либо из-за подверженной ошибкам репликации после повреждений, либо из-за подверженного ошибкам восстановления повреждений.

Факторы, снижающие генетическую изменчивость

Существует множество источников, которые снижают генетическую изменчивость в популяции:

Потеря среды обитания, в том числе:
- Фрагментация среды обитания приводит к разрыву среды обитания организма, поэтому скрещивание ограничено. Фрагментация может быть вызвана многими факторами, включая геологические процессы или события, вызванные человеком. Фрагментация может далее допускать генетический дрейф , что снижает локальное генетическое разнообразие .
- Изменение климата — это резкое и устойчивое изменение погодных условий. Вытесняя виды из их фундаментальной ниши , изменение климата может снизить численность популяции и, следовательно, снизить генетическую изменчивость.
Эффект основателя , который возникает, когда популяция основана несколькими особями.

Смотрите также

Ссылки

^ Ригер, Р., Михаэлис, А., Грин, М.М. (1968), Глоссарий генетики и цитогенетики: Классическая и молекулярная , Нью-Йорк: Springer-Verlag, ISBN 978-0-387-07668-3
^ Соуза, П., Фруф, Э., Харрис, DJ, Алвес, ПК и Мейден, А., ван дер. 2011. Генетическое разнообразие магрибских готтентотских скорпионов (Scorpiones: Buthidae) на основе CO1: новые сведения о филогении и распространении рода. Африканские беспозвоночные 52 (1). «Архивная копия». Архивировано из оригинала 4 октября 2011 г. Проверено 3 мая 2011 г.{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка )
^ ab Stapley J, Feulner PG, Johnston SE, Santure AW, Smadja CM (2017-12-19). «Рекомбинация: хорошее, плохое и изменчивое». Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences . 372 (1736): 20170279. doi :10.1098/rstb.2017.0279. ISSN 0962-8436. PMC 5698631 . PMID 29109232.
^ Эрих, Дороти, Пер Эрик Джорде (2005). «Высокая генетическая изменчивость, несмотря на высокоамплитудные популяционные циклы у леммингов». Журнал маммологии . 86 (2): 380–385. doi : 10.1644/BER-126.1 .
^ Zhang S, Lin YH, Tarlow B, Zhu H (2019-06-18). «Истоки и функции печеночной полиплоидии». Cell Cycle . 18 (12): 1302–1315. doi :10.1080/15384101.2019.1618123. ISSN 1538-4101. PMC 6592246 . PMID 31096847.
^ Линхарт, Ян, Джанет Геринг (2003). «Генетическая изменчивость и ее экологические последствия в клональном растении Carex scopulurum Holm. В тундре Колорадо». Arctic, Antarctic, and Alpine Research . 35 (4): 429–433. doi :10.1657/1523-0430(2003)035[0429:GVAIEI]2.0.CO;2. ISSN 1523-0430. S2CID 86464133.
^ ab Wills, Christopher (1980). Генетическая изменчивость . Нью-Йорк: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-857570-2.
^ Eichler EE (2019-07-04). «Генетическая изменчивость, сравнительная геномика и диагностика заболеваний». New England Journal of Medicine . 381 (1): 64–74. doi :10.1056/NEJMra1809315. ISSN 0028-4793. PMC 6681822. PMID 31269367 .
^ Kunz BA, Ramachandran K, Vonarx EJ (апрель 1998 г.). «Анализ последовательности ДНК спонтанного мутагенеза в Saccharomyces cerevisiae». Genetics . 148 (4): 1491–505. doi :10.1093/genetics/148.4.1491. PMC 1460101 . PMID 9560369.
^ Huertas P (январь 2010 г.). «Резекция ДНК у эукариот: решение, как исправить разрыв». Nat. Struct. Mol. Biol . 17 (1): 11–6. doi :10.1038/nsmb.1710. PMC 2850169. PMID 20051983 .