POLIPLOIDIA: TYPY, U ZWIERZĄT, U LUDZI, U ROŚLIN - BIOLOGIA - 2025

Poliploidalność to rodzaj mutacji genetycznej dodanie pełni komplementarną (Komplety) chromosomów do jądra komórkowego, tworząc pary homologicznych. Ten typ mutacji chromosomów jest najpowszechniejszym z euploidii i charakteryzuje się tym, że organizm zawiera trzy lub więcej kompletnych zestawów chromosomów.

Organizm (zwykle diploidalny = 2n) jest uważany za poliploidalny, gdy nabywa jeden lub więcej kompletnych zestawów chromosomów. W przeciwieństwie do mutacji punktowych, inwersji chromosomów i duplikacji, proces ten jest na dużą skalę, to znaczy zachodzi na kompletnych zestawach chromosomów.

Źródło: Haploid_vs_diploid.svg: Ehamberg pochodne dzieło: Ehamberg

Zamiast bycia haploidalnym (n) lub diploidalnym (2n), organizm poliploidalny może być tetraploidalny (4n), oktoploidalny (8n) lub większy. Ten proces mutacji jest dość powszechny w roślinach i rzadko występuje u zwierząt. Mechanizm ten może zwiększać zmienność genetyczną organizmów siedzących, które nie są w stanie się poruszać.

Poliploidia ma duże znaczenie ewolucyjne w pewnych grupach biologicznych, gdzie stanowi częsty mechanizm generowania nowych gatunków, ponieważ ładunek chromosomalny jest stanem dziedzicznym.

Kiedy występuje poliploidia?

Zaburzenia liczby chromosomów mogą występować zarówno w przyrodzie, jak iw populacjach ustalonych laboratoryjnie. Można je również indukować środkami mutagennymi, takimi jak kolchicyna. Pomimo niesamowitej precyzji mejozy, aberracje chromosomalne zdarzają się i są częstsze, niż mogłoby się wydawać.

Poliploidia powstaje w wyniku pewnych zmian, które mogą wystąpić podczas mejozy w pierwszym podziale mejozy lub podczas profazy, w której homologiczne chromosomy są zorganizowane w pary, tworząc tetrady, a brak dysjunkcji tych ostatnich występuje podczas anafaza I.

Pojawienie się nowych gatunków

Poliploidia jest ważna, ponieważ jest punktem wyjścia do powstania nowych gatunków. Zjawisko to jest ważnym źródłem zmienności genetycznej, ponieważ powoduje powstanie setek lub tysięcy zduplikowanych loci, które mogą uzyskać nowe funkcje.

W roślinach jest to szczególnie ważne i dość rozpowszechnione. Szacuje się, że ponad 50% roślin kwitnących pochodzi z poliploidii.

W większości przypadków poliploidy różnią się fizjologicznie od oryginalnych gatunków i dzięki temu mogą kolonizować środowiska o nowych cechach. Wiele ważnych gatunków w rolnictwie (w tym pszenica) to poliploidy pochodzenia hybrydowego.

Rodzaje poliploidii

Poliploidie można podzielić na podstawie liczby kompletnych zestawów chromosomów obecnych w jądrze komórkowym.

W tym sensie organizm, który zawiera „trzy” zestawy chromosomów, jest „triploidem”, „tetraploidem”, jeśli zawiera 4 zestawy chromosomów, pentaploid (5 zestawów), hexaploidae (6 zestawów), heptaploid (siedem zestawów), oktoploid (osiem games), nonaploidae (dziewięć gier), decaploid (10 gier) i tak dalej.

Z drugiej strony, poliploidie można również sklasyfikować według pochodzenia wyposażenia chromosomalnego. W tym porządku idei organizm może być: autopoliploidalny lub allopoliploidalny.

Autopolyploid zawiera kilka zestawów homologicznych chromosomów pochodzących od tego samego osobnika lub od osobnika należącego do tego samego gatunku. W tym przypadku poliploidy powstają w wyniku połączenia niezredukowanych gam genetycznie zgodnych organizmów, które są skatalogowane jako ten sam gatunek.

Allopolyploid to ten organizm, który zawiera niehomologiczne zestawy chromosomów z powodu hybrydyzacji między różnymi gatunkami. W tym przypadku poliploidia występuje po hybrydyzacji między dwoma pokrewnymi gatunkami.

Poliploidia u zwierząt

Poliploidia występuje u zwierząt rzadko lub rzadko. Najbardziej rozpowszechniona hipoteza wyjaśniająca niską częstość występowania gatunków poliploidalnych u wyższych zwierząt głosi, że ich złożone mechanizmy determinacji płci zależą od bardzo delikatnej równowagi liczby chromosomów płciowych i autosomów.

Idea ta została podtrzymana pomimo gromadzenia dowodów od zwierząt, które istnieją jako poliploidy. Zwykle obserwuje się go w niższych grupach zwierząt, takich jak robaki i wiele różnych płazińców, gdzie osobniki zwykle mają zarówno męskie, jak i żeńskie gonady, co ułatwia samozapłodnienie.

Gatunki z tym ostatnim stanem nazywane są samozgodnymi hermafrodytami. Z drugiej strony może również wystąpić w innych grupach, których samice mogą wydać potomstwo bez zapłodnienia, w procesie zwanym partenogenezą (co nie implikuje normalnego mejotycznego cyklu płciowego)

Podczas partenogenezy potomstwo jest zasadniczo produkowane przez podział mitotyczny komórek rodzicielskich. Obejmuje to wiele gatunków bezkręgowców, takich jak chrząszcze, równonogi, ćmy, krewetki, różne grupy pajęczaków i niektóre gatunki ryb, płazy i gady.

W przeciwieństwie do roślin specjacja poprzez poliploidię jest wyjątkowym wydarzeniem u zwierząt.

Przykłady u zwierząt

Gryzoń Tympanoctomys barriere jest gatunkiem tetraploidalnym, który ma 102 chromosomy w komórce somatycznej. Ma również „gigantyczny” wpływ na nasienie. Ten gatunek allopoliploidalny prawdopodobnie powstał w wyniku wystąpienia kilku zdarzeń hybrydyzacji innych gatunków gryzoni, takich jak Octomys mimax i Pipanacoctomys aureus.

Poliploidia u ludzi

Poliploidia jest rzadkością u kręgowców i jest uważana za nieistotną w dywersyfikacji grup, takich jak ssaki (w przeciwieństwie do roślin) ze względu na zakłócenia, które występują w układzie określania płci i mechanizmie kompensacji dawki.

Szacuje się, że pięciu na 1000 ludzi rodzi się z poważnymi defektami genetycznymi, które można przypisać nieprawidłowościom chromosomalnym. Jeszcze więcej embrionów z defektami chromosomowymi poroni, a wiele więcej nigdy nie rodzi.

Poliploidie chromosomalne są uważane za śmiertelne dla ludzi. Jednak w komórkach somatycznych, takich jak hepatocyty, około 50% z nich to zwykle poliploidy (tetraploidy lub oktaploidy).

Najczęściej wykrywanymi poliploidiami u naszego gatunku są pełne triploidie i tetraploidie, a także diploidalne / triploidalne (2n / 3n) i diploidalne / tetraploidalne (2n / 4n) mixoploidy.

W tym drugim przypadku populacja normalnych komórek diploidalnych (2n) współistnieje z inną, która ma 3 lub więcej haploidalnych wielokrotności chromosomów, na przykład: triploid (3n) lub tetraploid (4n).

Triploidie i tetraplodia u ludzi nie są zdolne do życia w perspektywie długoterminowej. W większości przypadków odnotowano zgon przy urodzeniu lub nawet kilka dni po urodzeniu, od mniej niż jednego miesiąca do maksymalnie 26 miesięcy.

Poliploidia u roślin

Istnienie więcej niż jednego genomu w tym samym jądrze odegrało ważną rolę w pochodzeniu i ewolucji roślin, będąc prawdopodobnie najważniejszą zmianą cytogenetyczną w specjacji i ewolucji roślin. Rośliny były bramą do wiedzy o komórkach posiadających więcej niż dwa zestawy chromosomów na komórkę.

Od początku zliczania chromosomów zaobserwowano, że duża różnorodność roślin dzikich i uprawnych (w tym niektóre z najważniejszych) to poliploidy. Prawie połowa znanych gatunków okrytozalążkowych (roślin kwiatowych) to poliploidy, podobnie jak większość paproci (95%) i wiele odmian mchów.

Obecność poliploidii u roślin nagozalążkowych jest rzadka i bardzo zmienna w grupach roślin okrytozalążkowych. Ogólnie rzecz biorąc, wskazano, że rośliny poliploidalne są wysoce przystosowalne, będąc w stanie zajmować siedliska, których ich diploidalni przodkowie nie mogli. Ponadto rośliny poliploidalne z większą liczbą kopii genomowych charakteryzują się większą „zmiennością”.

W roślinach prawdopodobnie allopoliploidy (najczęściej występujące w przyrodzie) odegrały fundamentalną rolę w specjacji i radiacji adaptacyjnej wielu grup.

Poprawa ogrodnictwa

U roślin poliploidia może wynikać z kilku różnych zjawisk, z których być może najczęstszymi są błędy występujące w procesie mejozy, które powodują powstawanie diploidalnych gamet.

Ponad 40% uprawianych roślin to poliploidy, między innymi lucerna, bawełna, ziemniaki, kawa, truskawki, pszenica, bez związku między udomowieniem a poliploidią roślin.

Ponieważ kolchicyna została wprowadzona jako środek wywołujący poliploidię, jest stosowana w roślinach uprawnych zasadniczo z trzech powodów:

-Do generowania poliploidii u niektórych ważnych gatunków, jako próba uzyskania lepszych roślin, ponieważ w poliploidach zwykle występuje fenotyp, w którym występuje znaczny wzrost „gigabajtów” ze względu na większą liczbę komórek. Pozwoliło to na znaczne postępy w ogrodnictwie i udoskonalaniu genetyki roślin.

-Do poliploidyzacji mieszańców i odzyskania płodności w taki sposób, że niektóre gatunki są przeprojektowane lub zsyntetyzowane.

- I wreszcie, jako sposób na przenoszenie genów między gatunkami o różnym stopniu ploidii lub w obrębie tego samego gatunku.

Przykłady w roślinach

W roślinach dużym i interesującym naturalnym poliploidem jest pszenica chlebowa Triticum aestibum (hexaploid). Wraz z żytem celowo zbudowano poliploid o nazwie „Pszenżyto”, który jest allopoliploidem o wysokiej produktywności pszenicy i solidności żyta, który ma duży potencjał.

Pszenica w uprawach roślin była niezwykle istotna. Istnieje 14 gatunków pszenicy, które wyewoluowały na drodze allopoliploidii i tworzą one trzy grupy, jedną 14, drugą 28 i ostatnią 42 chromosomy. Pierwsza grupa obejmuje najstarsze gatunki z rodzaju T. monococcum i T. boeoticum.

Druga grupa składa się z 7 gatunków i najwyraźniej wywodzi się z hybrydyzacji T. boeoticum z gatunkiem dzikiej trawy z innego rodzaju zwanego Aegilops. Krzyżowanie tworzy energiczną, sterylną hybrydę, która poprzez duplikację chromosomów może skutkować płodnym alotetraploidem.

Trzecia grupa 42 chromosomów to miejsce, w którym znajdują się pszenice chlebowe, które prawdopodobnie powstały w wyniku hybrydyzacji gatunku tertraploidalnego z innym gatunkiem Aegilops, a następnie duplikacji dopełniacza chromosomalnego.

Bibliografia

1. Alcántar, JP (2014). Poliploidia i jej znaczenie ewolucyjne. Issues deficiency and Technology, 18: 17-29.
2. Ballesta, FJ (2017). Niektóre rozważania bioetyczne związane z istnieniem przypadków istot ludzkich z całkowitą tetraploidią lub triploidią, urodzonych żywcem. Studia Bioethica, 10 (10): 67–75.
3. Castro, S. i Loureiro, J. (2014). Rola rozmnażania w pochodzeniu i ewolucji roślin poliploidalnych. Ecosistemas Magazine, 23 (3), 67-77.
4. Freeman, S i Herron, JC (2002). Analiza ewolucyjna. Edukacja Pearson.
5. Hichins, CFI (2010). Genetyczno-geograficzne pochodzenie gryzonia tetraploidalnego Tympanoctomys barriere (Octodontidae) na podstawie analizy sekwencji mitochondrialnych cytochromu b (rozprawa doktorska, Instytut Ekologii).
6. Hickman, C. P, Roberts, LS, Keen, SL, Larson, A., I´Anson, H. & Eisenhour, DJ (2008). Zintegrowane zasady zoologii. Nowy Jork: McGraw-Hill. 14 ^th Edition.
7. Pimentel Benítez, H., Lantigua Curz, A., & Quiñones Maza, O. (1999). Myksoloidia diploidalna-tetraploidalna: pierwszy raport w naszym środowisku. Cuban Journal of Pediatrics, 71 (3), 168-173.
8. Schifino-Wittmann, MT (2004). Poliploidia i jej wpływ na pochodzenie i ewolucję roślin dzikich i uprawnych. Brazylijski magazyn agrociencia, 10 (2): 151-157.
9. Suzuki, DT; Griffiths, AJF; Miller, J. H & Lewontin, RC (1992). Wprowadzenie do analizy genetycznej. McGraw-Hill Interamericana. 4 ^th Edition.