POLYPLOIDIA: DRUHY U ZVIERAT, U ĽUDÍ, U RASTLÍN - BIOLÓGIE - 2026

Polyploidie je typ genetickej mutácie je pridanie plným (kompletný) chromozómov do bunkového jadra, tvoriace homológnej pary. Tento typ chromozomálnej mutácie je najbežnejšou euploidiou a je charakterizovaný skutočnosťou, že telo nesie tri alebo viac úplných súborov chromozómov.

Organizmus (obvykle diploid = 2n) sa považuje za polyploid, ak získa jednu alebo viac úplných súborov chromozómov. Na rozdiel od bodových mutácií, chromozomálnych inverzií a duplikácií je tento proces rozsiahly, to znamená, že sa vyskytuje na kompletných sadách chromozómov.

Zdroj: Haploid_vs_diploid.svg: Ehambergderivatívna práca: Ehamberg

Namiesto haploidu (n) alebo diploidu (2n) môže byť polyploidným organizmom tetraploid (4n), oktoploid (8n) alebo väčší. Tento proces mutácie je u rastlín celkom bežný a u zvierat je zriedkavý. Tento mechanizmus môže zvýšiť genetickú variabilitu v sediacich organizmoch, ktoré sa nedokážu pohybovať.

Polyploidia má z evolučného hľadiska veľký význam v určitých biologických skupinách, kde predstavuje častý mechanizmus vytvárania nových druhov, pretože chromozomálna záťaž je dedičné ochorenie.

Kedy sa vyskytuje polyploidia?

Poruchy počtu chromozómov sa môžu vyskytovať tak v prírode, ako aj v laboratórnych populáciách. Môžu byť tiež indukované mutagénnymi činidlami, ako je napríklad kolchicín. Napriek neuveriteľnej presnosti meiózy sa vyskytujú chromozomálne aberácie, ktoré sú častejšie, ako si možno myslel.

Polyploidia vzniká v dôsledku niektorých zmien, ktoré sa môžu vyskytnúť počas meiózy buď v prvom meiotickom delení alebo v priebehu profázy, pri ktorej sú homológne chromozómy usporiadané v pároch za vzniku tetradov a ich vzájomné spojenie sa objavuje počas anafáza I.

Vzhľad nových druhov

Polyploidia je dôležitá, pretože je východiskovým bodom pre vznik nových druhov. Tento jav je dôležitým zdrojom genetickej variácie, pretože vedie k stovkám alebo tisíckam duplikátov lokusov, ktoré sú ponechané na získanie nových funkcií.

V rastlinách je to obzvlášť dôležité a dosť rozšírené. Odhaduje sa, že viac ako 50% kvitnúcich rastlín pochádza z polyploidie.

Vo väčšine prípadov sa polyploidy fyziologicky líšia od pôvodných druhov, a preto môžu kolonizovať prostredia s novými charakteristikami. Mnoho dôležitých druhov v poľnohospodárstve (vrátane pšenice) sú polyploidy hybridného pôvodu.

Druhy polyploidie

Polyploidie možno klasifikovať podľa počtu kompletných chromozómových súborov prítomných v bunkovom jadre.

V tomto zmysle je organizmus, ktorý obsahuje „tri“ sady chromozómov, „triploidný“, „tetraploidný“, ak obsahuje 4 súbory chromozómov, pentaploidný (5 sád), hexaploidae (6 sád), heptaploidný (sedem sád), ostoploidný (osem) hry), nonaploidae (deväť hier), decaploid (10 hier) atď.

Na druhej strane, polyploidie môžu byť tiež klasifikované podľa pôvodu chromozomálnych dotácií. V tomto poradí nápadov môže byť organizmom: autopolyploid alebo alopolyploid.

Autopolyploid obsahuje niekoľko súborov homológnych chromozómov odvodených od toho istého jedinca alebo od jedinca patriaceho k tomu istému druhu. V tomto prípade sa polyploidy vytvárajú spojením neredukovaných gamét geneticky kompatibilných organizmov, ktoré sú katalogizované ako ten istý druh.

Alopolyploid je organizmus, ktorý obsahuje nehomologické súbory chromozómov v dôsledku hybridizácie medzi rôznymi druhmi. V tomto prípade k polyploidii dochádza po hybridizácii medzi dvoma príbuznými druhmi.

Polyploidia u zvierat

Polyploidia je u zvierat zriedkavá alebo zriedkavá. Najrozšírenejšou hypotézou, ktorá vysvetľuje nízku frekvenciu polyploidných druhov u vyšších zvierat, je to, že ich zložité mechanizmy určovania pohlavia závisia od veľmi jemnej rovnováhy v počte pohlavných chromozómov a autozómov.

Táto myšlienka bola zachovaná napriek hromadeniu dôkazov od zvierat, ktoré existujú ako polyploidy. Vo všeobecnosti sa pozoruje v nižších skupinách zvierat, ako sú červy a široká škála plochých červov, kde jednotlivci majú zvyčajne mužské aj ženské pohlavné žľazy, čo uľahčuje samooplodnenie.

Druhy s posledným uvedeným stavom sa nazývajú samo-kompatibilné hermafrodity. Na druhej strane sa môže vyskytnúť aj v iných skupinách, ktorých samice môžu dať potomstvo bez oplodnenia procesom nazývaným parthenogenéza (čo neznamená normálny meiotický sexuálny cyklus).

Počas parenogenézy sa potomstvo v zásade produkuje mitotickým delením rodičovských buniek. Patria sem mnohé druhy bezstavovcov, ako sú chrobáky, izopody, mory, krevety, rôzne skupiny pavúkovcov a niektoré druhy rýb, obojživelníkov a plazov.

Na rozdiel od rastlín je špekulácia cez polyploidiu u zvierat výnimočnou udalosťou.

Príklady na zvieratách

Tympanoctomys barriere hlodavec je tetraploidný druh, ktorý má 102 chromozómov na somatickú bunku. Má tiež „obrovský“ účinok na vaše spermie. Tento alopolyploidný druh pravdepodobne pochádzal z výskytu niekoľkých hybridizačných udalostí iných druhov hlodavcov, ako napríklad Octomys mimax a Pipanacoctomys aureus.

Polyploidia u ľudí

Polyploidia je zriedkavá u stavovcov a nepovažuje sa za relevantnú pri diverzifikácii skupín, ako sú cicavce (na rozdiel od rastlín), kvôli prerušeniam v systéme určovania pohlavia a mechanizmu kompenzácie dávky.

Odhaduje sa, že päť z každých 1000 ľudí sa narodilo so závažnými genetickými poruchami, ktoré možno pripísať chromozomálnym abnormalitám. Ešte viac embryí s chromozomálnymi defektmi potratí a mnoho ďalších nikdy nedosiahne pôrod.

Chromozomálne polyploidie sa u ľudí považujú za smrteľné. Avšak v somatických bunkách, ako sú hepatocyty, približne 50% z nich sú zvyčajne polyploidné (tetraploidné alebo oktaploidné).

Najčastejšie zistenými polyploidiami u našich druhov sú úplné triploidie a tetraploidie, ako aj diploid / triploid (2n / 3n) a diploid / tetraploid (2n / 4n) mixoploidy.

V druhom prípade populácia normálnych diploidných buniek (2n) koexistuje s inou, ktorá má 3 alebo viac haploidných násobkov chromozómov, napríklad: triploid (3n) alebo tetraploid (4n).

Triploidie a tetraplodie u ľudí nie sú dlhodobo životaschopné. Vo väčšine prípadov bola hlásená smrť pri narodení alebo dokonca niekoľko dní po narodení, ktorá sa pohybuje od menej ako jedného mesiaca do maximálne 26 mesiacov.

Polyploidia v rastlinách

Existencia viac ako jedného genómu v tom istom jadre hrala dôležitú úlohu pri vzniku a vývoji rastlín, čo je pravdepodobne najdôležitejšia cytogenetická zmena v špecializácii a evolúcii rastlín. Rastliny boli bránou k poznaniu buniek s viac ako dvoma sadami chromozómov na bunku.

Od začiatku počtu chromozómov sa zistilo, že veľké množstvo voľne žijúcich a pestovaných rastlín (vrátane niektorých z najdôležitejších) je polyploidných. Takmer polovica známych druhov angiospermov (kvitnúcich rastlín) je polyploidná, podobne väčšina papradí (95%) a široká paleta machov.

Prítomnosť polyploidie v rastlinách rastlín gymnospermu je zriedkavá a vysoko variabilná v skupinách angiospermov. Vo všeobecnosti bolo zdôraznené, že polyploidné rastliny sú vysoko adaptabilné, pretože sú schopné obsadiť biotopy, ktoré ich predkovia diploidov nedokázali. Ďalej, polyploidné rastliny s viac genomickými kópiami akumulujú väčšiu „variabilitu“.

Alopolyploidy (najbežnejšie v prírode) zohrávali v rastlinách zásadnú úlohu pri špekulácii a adaptívnom žiarení mnohých skupín.

Záhradnícke zlepšenie

V rastlinách môže polyploidia pochádzať z niekoľkých rôznych javov, pravdepodobne najčastejšou chybou počas procesu meiózy, ktorá vedie k diploidným gamétom.

Viac ako 40% pestovaných rastlín je polyploidných, medzi nimi lucerna, bavlna, zemiaky, káva, jahody, pšenica, a to bez vzťahu medzi domestikáciou a polyploidiou rastlín.

Keďže kolchicín bol implementovaný ako činidlo na vyvolanie polyploidie, používa sa v kultúrnych rastlinách v zásade z troch dôvodov:

-V snahe získať lepšie rastliny sa vytvorí polyploidia u určitých dôležitých druhov, pretože v polyploidoch sa zvyčajne vyskytuje fenotyp, pri ktorom dochádza k výraznému rastu „gigabajtov“ v dôsledku väčšieho počtu buniek. To umožnilo výrazný pokrok v záhradníctve a v oblasti genetického zlepšovania rastlín.

- Na polyploidizáciu hybridov a na opätovné získanie plodnosti takým spôsobom, že niektoré druhy sa upravia alebo syntetizujú.

- A nakoniec, ako spôsob prenosu génov medzi druhmi s rôznymi stupňami ploidie alebo v rámci toho istého druhu.

Príklady v rastlinách

V rastlinách je prírodný polyploid veľmi dôležitý a obzvlášť zaujímavý je pšenica chleba, Triticum aestibum (hexaploid). Popri raži bol zámerne vybudovaný aj polyploid zvaný „Triticale“, alopolyploid s vysokou produktivitou pšenice a robustnosťou raže, ktorý má veľký potenciál.

Pšenica v pestovaných rastlinách bola mimoriadne dôležitá. Existuje 14 druhov pšenice, ktoré sa vyvinuli allopolyploidiou a tvoria tri skupiny, jednu zo 14, ďalšiu z 28 a poslednú zo 42 chromozómov. Do prvej skupiny patria najstaršie druhy rodu T. monococcum a T. boeoticum.

Druhá skupina sa skladá zo 7 druhov a zjavne pochádza z hybridizácie T. boeoticum s druhom divej trávy z iného rodu zvaného Aegilops. Kríženie produkuje energický sterilný hybrid, ktorý vďaka duplikácii chromozómov môže viesť k úrodnej allotetraploide.

Treťou skupinou 42 chromozómov je oblasť, kde sa nachádza pšenica chleba, ktorá pravdepodobne vznikla hybridizáciou tertraploidného druhu s iným druhom Aegilops, po ktorej nasledovala duplikácia chromozomálneho doplnku.

Referencie

1. Alcántar, JP (2014). Polyploidia a jej evolučný význam. Problémy s nedostatkom a technológia, 18: 17-29.
2. Ballesta, FJ (2017). Niektoré bioetické úvahy týkajúce sa existencie prípadov ľudí s úplnou tetraploidiou alebo triploidiou, narodených nažive. Studia Bioethica, 10 (10): 67-75.
3. Castro, S. a Loureiro, J. (2014). Úloha reprodukcie pri vzniku a vývoji polyploidných rastlín. Ecosistemas Magazine, 23 (3), 67-77.
4. Freeman, S a Herron, JC (2002). Evolučná analýza. Pearson Education.
5. Hichins, CFI (2010). Genetický a geografický pôvod tetraploidného hlodavca Tympanoctomys barriere (Octodontidae) založený na analýze mitochondriálnych cytochrómových b sekvencií (dizertačná práca, Ekologický ústav).
6. Hickman, C.P, Roberts, LS, Keen, SL, Larson, A., I´Anson, H. & Eisenhour, DJ (2008). Integrované princípy zoológie. New York: McGraw-Hill. 14 ^th Edition.
7. Pimentel Benítez, H., Lantigua Curz, A., a Quiñones Maza, O. (1999). Diploid-tetraploid myxoloidy: prvá správa v našom prostredí. Cuban Journal of Pediatrics, 71 (3), 168-173.
8. Schifino-Wittmann, MT (2004). Polyploidia a jej vplyv na pôvod a vývoj voľne rastúcich a pestovaných rastlín. Brazílsky časopis agrociencia, 10 (2): 151-157.
9. Suzuki, DT; Griffiths, AJF; Miller, J. H & Lewontin, RC (1992). Úvod do genetickej analýzy. McGraw-Hill Interamericana. 4 ^th Edition.