POLYPLOIDIA: TYYPIT, ELÄIMISSÄ, IHMISISSÄ, KASVEISSA - BIOLOGIA - 2026

Polyploidia on eräänlainen geneettinen mutaatio on lisäämällä täysi (täydellinen) kromosomeja solun tumaan, jotka muodostavat homologisen parin. Tämän tyyppinen kromosomaalinen mutaatio on yleisin euploidioista, ja sille on tunnusomaista se, että kehossa on kolme tai useampia täydellisiä sarjoja kromosomeja.

Organismia (yleensä diploidi = 2n) pidetään polyploidina, kun se saa yhden tai useamman kokonaisen sarjan kromosomeja. Toisin kuin pistemutaatioita, kromosomaalisia käännöksiä ja duplikaatioita, tämä prosessi on laajamittainen, ts. Se tapahtuu täydellisissä kromosomisarjoissa.

Lähde: Haploid_vs_diploid.svg: Ehambergin johdannaisteos: Ehamberg

Sen sijaan, että se olisi haploidi (n) tai diploidi (2n), polyploidi organismi voi olla tetraploidi (4n), oktoploidi (8n) tai suurempi. Tämä mutaatioprosessi on melko yleinen kasveissa ja on harvinaista eläimissä. Tämä mekanismi voi lisätä geneettistä vaihtelua sellaisissa organismeissa, jotka eivät pysty liikkumaan.

Polyploidialla on suuri merkitys evoluution kannalta tietyissä biologisissa ryhmissä, joissa se muodostaa usein mekanismin uusien lajien tuottamiseksi, koska kromosomaalinen kuormitus on periytyvä tila.

Milloin polyploidia tapahtuu?

Kromosomimäärän häiriöitä voi esiintyä sekä luonnossa että laboratorioiden perustamissa populaatioissa. Ne voidaan indusoida myös mutageenisillä aineilla, kuten kolkisiinilla. Huolimatta meioosin uskomattomasta tarkkuudesta, kromosomaalisia poikkeavuuksia esiintyy ja ovat yleisempiä kuin voisi ajatella.

Polyploidia syntyy joidenkin muutosten seurauksena, joita voi tapahtua meioosin aikana joko ensimmäisessä meioottisessa jakautumisessa tai profaasin aikana, jolloin homologiset kromosomit on järjestetty pareittain tetradien muodostamiseksi ja jälkimmäisen ei-disjunktio tapahtuu anafaasi I.

Uusien lajien ulkonäkö

Polyploidia on tärkeää, koska se on lähtökohta uusien lajien syntymiselle. Tämä ilmiö on tärkeä geneettisen vaihtelun lähde, koska se aiheuttaa satoja tai tuhansia päällekkäisiä lokuksia, jotka jäävät vapaiksi uusien toimintojen saamiseksi.

Kasveissa se on erityisen tärkeä ja melko yleinen. On arvioitu, että yli 50% kukkivista kasveista on peräisin polyploidiasta.

Useimmissa tapauksissa polyploidit eroavat fysiologisesti alkuperäisistä lajeista ja tästä johtuen ne voivat kolonisoida ympäristöjä, joilla on uusia ominaisuuksia. Monet tärkeät maatalouslajit (vehnä mukaan lukien) ovat hybridiperäisiä polyploideja.

Polyploidian tyypit

Polyploidiat voidaan luokitella solun ytimessä olevien täydellisten kromosomisarjojen lukumäärän perusteella.

Tässä mielessä organismi, joka sisältää "kolme" kromosomisarjaa, on "triploidi", "tetraploidi", jos se sisältää 4 kromosomisarjaa, pentaploidi (5 sarjaa), heksaaploidae (6 sarjaa), heptaploidi (seitsemän sarjaa), oktoploidi (kahdeksan) pelit), nonaploidae (yhdeksän peliä), decaploid (10 peliä) ja niin edelleen.

Toisaalta polyploidiat voidaan luokitella myös kromosomaalisten varojen alkuperän perusteella. Tässä ideoiden järjestyksessä organismi voi olla: autopolyploid tai allopolyploid.

Autopolyploidi sisältää useita sarjoja homologisia kromosomeja, jotka ovat peräisin samasta yksilöstä tai samaan lajiin kuuluvalta yksilöltä. Tässä tapauksessa polyploidit muodostuvat geneettisesti yhteensopivien organismien pelkistämättömien sukusolujen liitoksella, jotka on luetteloitu samoiksi lajeiksi.

Allopolyploidi on organismi, joka sisältää ei-homologisia kromosomiryhmiä johtuen hybridisaatiosta eri lajien välillä. Tässä tapauksessa polyploidia tapahtuu hybridisaation jälkeen kahden sukulaislajin välillä.

Polyploidia eläimissä

Polyploidia on eläimissä harvinaista tai harvinaista. Yleisin hypoteesi, joka selittää polyploidisten lajien alhaisen esiintyvyyden korkeammissa eläimissä, on, että niiden monimutkaiset sukupuolen määritysmekanismit riippuvat erittäin herkkästä tasapainosta sukupuolikromosomien ja autosomien lukumäärässä.

Tämä ajatus on hyväksytty huolimatta siitä, että polyploideina esiintyvistä eläimistä on kertynyt todisteita. Sitä havaitaan yleensä alemmissa eläinryhmissä, kuten matoissa ja monenlaisissa lima-matoissa, joissa yksilöillä on yleensä sekä miehen että naisen sukurauhaset, mikä helpottaa itsehedelmöitymistä.

Lajeja, joilla on jälkimmäinen ehto, kutsutaan itseyhteensopiviksi hermafrodiiteiksi. Toisaalta, sitä voi esiintyä myös muissa ryhmissä, joiden naaraat voivat antaa jälkeläisiä ilman hedelmöitystä, partenogeneesiksi kutsutun prosessin kautta (mikä ei tarkoita normaalia mejoottista seksuaalista sykliä)

Parthenogeneesin aikana jälkeläisiä tuotetaan periaatteessa vanhempaissolujen mitoottisella jakautumisella. Tähän sisältyy monia selkärangattomien lajeja, kuten kovakuoriaiset, isopodit, koit, katkarapu, erilaiset hämähäkkiryhmät ja eräät kalalajit, sammakkoeläimet ja matelijat.

Toisin kuin kasveissa, polyploidian kautta tapahtuva spesifikaatio on poikkeuksellinen tapahtuma eläimissä.

Esimerkkejä eläimistä

Tympanoctomys barriere -jyrsijä on tetraploidilaji, jolla on 102 kromosomia per somaattinen solu. Sillä on myös "jättimäinen" vaikutus spermaasi. Tämä allopolyploidilaji johtui todennäköisesti useiden muiden jyrsijälajien hybridisaatiotapahtumista, kuten Octomys mimax ja Pipanacoctomys aureus.

Polyploidia ihmisillä

Polyploidia on epätavallinen selkärankaisilla ja sitä ei pidetä merkityksellisenä ryhmien, kuten nisäkkäiden, monipuolistamisessa (toisin kuin kasveissa) sukupuolen määrittämisjärjestelmässä ja annoksen kompensointimekanismissa esiintyvien häiriöiden vuoksi.

Arviolta viidellä tuhannesta ihmisestä syntyy vakavia geneettisiä vikoja, jotka johtuvat kromosomaalisista poikkeavuuksista. Vielä enemmän alkioita, joissa on kromosomivirhe, keskeytyy, ja monet muut eivät koskaan tee sitä syntymään.

Kromosomaalisia polyploidioita pidetään tappavina ihmisillä. Somaattisissa soluissa, kuten maksasoluissa, noin 50% näistä on kuitenkin normaalisti polyploideja (tetraploidi tai oktaploidi).

Lajeissamme yleisimmin havaitut polyploidiat ovat täydelliset triploidiat ja tetraploidiat sekä diploidi / triploidi (2n / 3n) ja diploidi / tetraploidi (2n / 4n) mixoploidit.

Jälkimmäisessä tapauksessa normaalien diploidisten solujen (2n) populaatio esiintyy samanaikaisesti toisen kanssa, jolla on 3 tai enemmän haploidikertoimia kromosomeista, esimerkiksi: triploidi (3n) tai tetraploidi (4n).

Triploidiat ja tetraplodiat ihmisillä eivät ole elinkelpoisia pitkällä aikavälillä. Kuolemaa syntymän yhteydessä tai jopa muutama päivä syntymän jälkeen on ilmoitettu useimmissa tapauksissa alle kuukaudesta enintään 26 kuukauteen.

Polyploidia kasveissa

Useamman kuin yhden genomin olemassaololla samassa ytimessä on ollut tärkeä rooli kasvien alkuperässä ja evoluutiossa, mikä on ehkä tärkein sytogeneettinen muutos kasvien spesifikaatiossa ja evoluutiossa. Kasvit olivat portti tietoon soluista, joissa on enemmän kuin kaksi kromosomisarjaa solua kohti.

Kromosomaalimäärien alusta alkaen havaittiin, että suuri joukko villi- ja viljeltyjä kasveja (mukaan lukien jotkut tärkeimmistä) ovat polyploideja. Lähes puolet tunnetuista piikkisistä lajeista (kukkivat kasvit) ovat polyploideja, samoin suurin osa saniaisista (95%) ja laaja valikoima sammalta.

Polyploidian esiintyminen gymnosperm-kasveissa on harvinaista ja voimakkaasti vaihtelevaa ruokasien ryhmissä. Yleensä on huomautettu, että polyploidiset kasvit ovat erittäin mukautuvia, koska ne pystyvät asuttamaan elinympäristöjä, joita niiden diploidiset esi-isät eivät pystyneet. Lisäksi polyploidisilla kasveilla, joilla on enemmän genomisia kopioita, kertyy suurempi ”variaatio”.

Kasveissa ehkä allopolyploideilla (yleisimmin luonteeltaan) oli keskeinen rooli monien ryhmien spesifikaatiossa ja adaptiivisessa säteilyssä.

Puutarhanhoidon parantaminen

Kasveissa polyploidia voi johtua useista eri ilmiöistä, ehkä yleisimmin meioosiprosessin aikana syntyneistä virheistä, jotka aiheuttavat diploidisia sukusoluja.

Yli 40% viljellyistä kasveista on polyploideja, muun muassa sinimailanen, puuvilla, perunat, kahvi, mansikat, vehnä, ilman kasvien kodistumisen ja polyploidian välistä suhdetta.

Koska kolkisiinia on käytetty aineena polyploidian indusoimiseksi, sitä on käytetty viljelykasveissa periaatteessa kolmesta syystä:

- Luodaan polyploidiaa tietyillä tärkeillä lajeilla yrittämällä saada parempia kasveja, koska polyploideissa on yleensä fenotyyppi, jossa "gigatavua" kasvaa huomattavasti, mikä johtuu siitä, että soluja on enemmän. Tämä on mahdollistanut merkittävän edistymisen puutarhaviljelyssä ja kasvien geenien parantamisessa.

-Hybridien polyploidisointiin ja niiden hedelmällisyyden palauttamiseen siten, että jotkut lajit suunnitellaan uudelleen tai syntetisoidaan.

-Ja lopuksi, tapa siirtää geenejä lajien välillä, joilla on erilainen ploidisuusaste tai saman lajin sisällä.

Esimerkkejä kasveista

Kasveissa luonnon polyploidi, jolla on suuri merkitys ja erityisen mielenkiintoinen, on leipävehnä, Triticum aestibum (heksaaploidi). Rukiin rinnalle rakennettiin tarkoituksella ”triticale” -niminen polyploidi, allopolyploid, jolla on korkea vehnän tuottavuus ja rukiin tukevuus, jolla on suuri potentiaali.

Vilja viljelykasveissa on ollut erittäin tärkeä. On 14 vehnälajia, jotka ovat kehittyneet allopolyploidian avulla, ja ne muodostavat kolme ryhmää, yhden 14, toisen 28 ja viimeisen 42 kromosomista. Ensimmäiseen ryhmään kuuluvat T. monococcum- ja T. boeoticum-suvun vanhimmat lajit.

Toinen ryhmä koostuu seitsemästä lajista ja johtuu ilmeisesti T. boeoticumin hybridisaatiosta villiruohojen lajien kanssa toisesta suvusta, nimeltään Aegilops. Risteytys tuottaa voimakkaan steriilin hybridin, joka kromosomien päällekkäisyyksien kautta voi johtaa hedelmälliseen allotetraploidiin.

Kolmas 42 kromosomiryhmä on leipävehnän sijaintipaikka, joka todennäköisesti syntyi hybridisoitumalla tertraploidilaji toisen Aegilops-lajin kanssa, mitä seurasi kromosomaalisen komplementin päällekkäisyys.

Viitteet

1. Alcántar, JP (2014). Polyploidia ja sen evoluutioarvo. Julkaisee puutteen ja tekniikan, 18: 17-29.
2. Ballesta, FJ (2017). Jotkut bioeettiset näkökohdat, jotka koskevat sellaisten ihmisten tapausten olemassaoloa, joilla on elossa syntyneitä täydellinen tetraploidia tai triploidia. Studia Bioethica, 10 (10): 67 - 75.
3. Castro, S., ja Loureiro, J. (2014). Lisääntymisen merkitys polyploidikasvien alkuperässä ja kehityksessä. Ecosistemas Magazine, 23 (3), 67-77.
4. Freeman, S ja Herron, JC (2002). Evoluutioanalyysi. Pearson koulutus.
5. Hichins, CFI (2010). Tetraploidisen jyrsijän Tympanoctomys barriere (Octodontidae) geneettinen ja maantieteellinen alkuperä mitokondrioiden sytokromi b-sekvenssien analyysiin perustuen (Väitöskirja, Ekologinen instituutti).
6. Hickman, C. P, Roberts, LS, Keen, SL, Larson, A., I´Anson, H. & Eisenhour, DJ (2008). Integroituneet eläintieteen periaatteet. New York: McGraw-Hill. 14 ^th Edition.
7. Pimentel Benítez, H., Lantigua Curz, A., & Quiñones Maza, O. (1999). Diploidi-tetraploidinen myksoloidia: ensimmäinen raportti ympäristössämme. Cuban Journal of Pediatrics, 71 (3), 168-173.
8. Schifino-Wittmann, MT (2004). Polyploidia ja sen vaikutus villien ja viljeltyjen kasvien alkuperään ja kehitykseen. Brasilialainen agrociencia -lehti, 10 (2): 151-157.
9. Suzuki, DT; Griffiths, AJF; Miller, J. H & Lewontin, RC (1992). Johdanto geneettiseen analyysiin. McGraw-Hill Interamericana. 4. ^th Edition.