Мутационный груз цитогенетический мониторинг

 

Введение

 

В состав генетического мониторинга входит цитогенетический мониторинг, задачей которого является регистрация возникающих под действием антропогенных факторов изменений в структуре генофонда и прогнозирование темпов ее перестройки[3]. Но цитогенетический мониторинг может быть использован не только как составляющая часть генетического мониторинга. В экологическом мониторинге он дополняет генетические данные и результаты исследований по воздействию загрязнителей и позволяет решить две задачи: составить полную картину при экспертизе биологических последствий загрязнения, оценить роль антропогенных воздействий на стабильность сортов растений, от которых зависит их продуктивность[1].

Мутационный груз, возникающий в растительных популяциях в результате влияния антропогенной нагрузки, можно сравнительно быстро определить с помощью современных цитогенетических методов, используя один из основных цитогенетических критериев - частоту клеток с перестройками хромосом в первых митозах меристемы корней. Это позволяет установить различия между популяциями из загрязненных и контрольных районов[2]. Учет аберраций хромосом можно проводить на стадии метафазы (метафазный метод) или на стадии поздней анафазы и ранней телофазы (ана-телофазный метод). Оба метода имеют как преимущества, так и недостатки.

Метафазный метод более точен. Он дает возможность выявить в 1,5 раза больше мутаций и позволяет учесть с предельной точностью все типы хромосомных и хроматидных перестроек, а также геномные мутации. Вместе с тем он является достаточно трудоемким и связан с определенными ограничениями в выборе объектов для исследований. Так, наиболее результативен он при использовании видов с небольшим числом крупных, хорошо идентифицируемых хромосом. Создаются затруднения при изготовлении давленых препаратов высокого качества [4].

При использовании ана-телофазного метода для анализа пригодна почти каждая делящаяся клетка. Этот метод менее точен. Он позволяет учесть лишь некоторые типы хромосомных аберраций. Его принято считать экспресс-методом для предварительной оценки активности тех или иных агентов. Тем не менее, ана-телофазный метод широко применяется для выявления мутагенных эффектов [5].

 

 

1. Учет хромосомных аберраций в митозе и механизмы их образования

 

В основе структурных перестроек лежит свойственная всем хромосомам способность при определенных условиях разрываться на части, фрагментироваться [6].Происхождение и судьба разных типов аберраций хромосом неодинакова. Одним из наиболее важных факторов принято считать установление зависимости между митотическим циклом и реакцией хромосом на действие антропогенной нагрузки. В результате антропогенного воздействия на хромосомы на разных стадиях ядерного цикла образуются разные типы перестроек, которые обусловлены, в основном, самой структурой хромосом в каждой данной стадии. В стадии G1 хромосома ведет себя как отдельная нить. Возникают межхромосомные обмены, кольца, хромосомные делеции и сложные хромосомные перестройки. В стадию S хромосома обнаруживает двойственную структуру, субнити которой ведут себя самостоятельно, образуя полухроматидные концевые делеции, полухроматидные межхромосомные обмены (транслокации), полухроматидные интерстициальные делеции (микрофрагменты), изо- полухроматидные делеции, а также полухроматидно-изополухроматидные трирадиалы.

В стадию G2 образуются хроматидные перестройки: концевые делеции, изосестринские делеции, симметричные и ассиметричные межхромосомные хроматидные обмены, трирадиалы[7]. При повреждении двухроматидной хромосомы образуется ацентрический фрагмент и укороченная хромосома. Если при соединении разорванных концов исходная структура восстанавливается, то никаких перестроек не происходит. При двух близких одновременных разрывах случайное соединение четырех свободных концов обуславливает различные аберрации обменного типа. В анафазе - телофазе митоза фрагмент обнаруживается между полюсами. Судьба фрагментов (одиночных и множественных) различна. Они могут попасть в одно из дочерних ядер, резорбироваться или образовывать дополнительное микроядро[8]. Мост является следствием фрагментации двух хромосом. При воссоединении фрагментов, содержащих центромеры, образуется дицентрическая хромосома, которая испытывает воздействие обоих митотических центров, и, растягиваясь между дочерними группами анафазных-телофазных хромосом, образует мост. Аналогично на стадии G2 и S образуется хроматидный мост [9].

Отставания хромосом в метакинезе и при расхождении к полюсам возникают при повреждении хромосомы в области кинетохора. Или это может быть связано с действием антропогенных веществ на мембраны митохондрий так, что из этих органелл в цитоплазму выходит кальций. Повышения уровня кальция может подавлять формирование белковых микротрубочек, а следовательно, и образования митотического веретена. Окончательным итогом будет нерасхождение хромосом в митозе. Отставшие хромосомы либо разрушаются и элиминируют из клетки, либо формируют дополнительное микроядро[10].

Перестройки хромосом (хромосомные аберрации, хромосомные мутации) подразделяют на два основных типа: симметричные и асимметричные. Первый тип связан с образованием в результате перестройки отдельных хромосом с одной центромерой, второй - с появлением ацентрических и дицентрических фрагментов.

При анализе перестроек в анафазе учитываются лишь асимметричные перестройки: фрагменты, кольца (замкнувшиеся фрагменты, образовавшиеся в результате двух разрывов), хромосомные и хроматидные мосты. Мосты могут быть образованы дицентрическими хромосомами, возникающими либо в результате транслокаций, либо изохроматидных делеций. Могут возникать мосты также из дицентрических колец [11].