ČO SÚ TO HAPLOIDNÉ BUNKY? - BIOLÓGIE - 2025

Haploidné bunka je bunka, ktorá má genóm tvorený jediné základnú sadu chromozómov. Haploidné bunky majú preto genomický obsah, ktorý nazývame základný náboj 'n'. Tento základný súbor chromozómov je typický pre každý druh.

Haploidný stav nesúvisí s počtom chromozómov, ale s počtom chromozómov, ktoré predstavujú genóm druhu. To znamená jej základné zaťaženie alebo číslo.

Inými slovami, ak je počet chromozómov, ktoré tvoria genóm druhu, dvanásť, je to jeho základné číslo. Ak bunky tohto hypotetického organizmu majú dvanásť chromozómov (tj so základným číslom jedného), táto bunka je haploidná.

Ak má dve kompletné sady (tj 2 x 12), je diploidný. Ak máte tri, je to triploidná bunka, ktorá by mala obsahovať približne 36 chromozómov odvodených od 3 kompletných z nich.

Vo väčšine, ak nie vo všetkých, prokaryotických bunkách, je genóm predstavovaný jednou molekulou DNA. Aj keď replikácia s oneskoreným delením môže viesť k čiastočnej diploidii, prokaryoty sú jednobunkové a haploidné.

Všeobecne sú tiež neimolekulárnym genómom. To znamená, že genóm predstavuje jediná molekula DNA. Niektoré eukaryotické organizmy sú tiež jednomolekulárne genómy, aj keď môžu byť diploidné.

Väčšina však má genóm rozdelený na rôzne molekuly DNA (chromozómy). Kompletná sada vašich chromozómov obsahuje celý váš konkrétny genóm.

Haploidia v eukaryotoch

V eukaryotických organizmoch nájdeme rozmanitejšie a zložitejšie situácie z hľadiska ich ploidie. V závislosti od životného cyklu organizmu sa stretávame napríklad s prípadmi, keď mnohobunkové eukaryoty môžu byť diploidné v jednom bode svojho života a haploidné v inom.

V rámci toho istého druhu je tiež možné, že niektorí jedinci sú diploidní, zatiaľ čo iní haploidní. Nakoniec najbežnejším prípadom je, že ten istý organizmus produkuje diploidné bunky aj haploidné bunky.

Haploidné bunky vznikajú mitózou alebo meiózou, ale môžu podstúpiť iba mitózu. To znamená, že jedna haploidná „n“ bunka sa môže rozdeliť, čím vzniknú dve haploidné „n“ bunky (mitóza).

Na druhej strane diploidné „2n“ bunky môžu tiež viesť k vzniku štyroch haploidných „n“ buniek (meióza). Avšak nikdy nebude možné deliť haploidné bunky meiózou, pretože podľa biologickej definície meióza znamená delenie so znížením základného počtu chromozómov.

Je zrejmé, že bunka so základným číslom jedna (t.j. haploid) nemôže podstúpiť redukčné delenie, pretože neexistuje nič také ako bunky s čiastočnými frakciami genómu.

Prípad mnohých rastlín

Väčšina rastlín má životný cyklus charakterizovaný tým, čo sa nazýva striedanie generácií. Tieto generácie, ktoré sa v živote rastliny menia, sú generácia sporofytov („2n“) a generácia gametofytov („n“).

Ak dôjde k fúzii 'n' gamét, ktorá vedie k diploidnému '2n' zygotu, vytvorí sa prvá bunka sporofytov. Toto bude postupne delené mitózou, až kým rastlina nedosiahne reprodukčné štádium.

V tomto prípade meiotické delenie konkrétnej skupiny „2n“ buniek vedie k množine haploidných „n“ buniek, ktoré budú tvoriť takzvaný gametofyt, samec alebo samica.

Haploidné bunky gametofytov nie sú gamétami. Naopak, neskôr sa rozdelia, aby vyvolali príslušné mužské alebo ženské gaméty, ale mitózou.

Prípad mnohých zvierat

U zvierat je pravidlom, že meióza je gametická. To znamená, že gaméty sú produkované meiózou. Organizmus, všeobecne diploidný, vytvorí súbor špecializovaných buniek, ktoré namiesto delenia mitózou urobia meióza a terminálnym spôsobom.

To znamená, že výsledné gaméty predstavujú konečný cieľ tejto bunkovej línie. Existujú samozrejme výnimky.

Napríklad u mnohých druhov hmyzu sú samce tohto druhu haploidné, pretože sú výsledkom vývoja mitotickým rastom neoplodnených vajíčok. Po dosiahnutí dospelosti budú tiež produkovať gaméty, ale mitózou.

Je výhodné byť haploidný?

Haploidné bunky, ktoré fungujú ako gaméty, sú materiálnym základom pre generovanie variability segregáciou a rekombináciou.

Keby to však nebolo preto, že fúzia dvoch haploidných buniek umožňuje existenciu tých, ktoré nie sú (diploidy), verili by sme, že gaméty sú iba nástrojom a nie samoúčelným.

Existuje však veľa organizmov, ktoré sú haploidné a nevedia o evolučnom alebo ekologickom úspechu.

Baktérie a archaea

Baktérie a archaea sú tu napríklad už dlho, dlho pred diploidnými organizmami, vrátane mnohobunkových organizmov.

Určite sa spoliehajú oveľa viac na mutáciu ako na iné procesy, aby vyvolali variabilitu. Táto variabilita je však v zásade metabolická.

mutácie

V haploidnej bunke bude výsledok dopadu akejkoľvek mutácie pozorovaný v jednej generácii. Preto akákoľvek mutácia pre alebo proti môže byť vybraná veľmi rýchlo.

To výrazne prispieva k účinnej adaptabilite týchto organizmov. To, čo nie je pre organizmus prospešné, sa preto môže ukázať ako prospešné pre výskumného pracovníka, pretože genetiku s haploidnými organizmami je oveľa ľahšie robiť.

V skutočnosti, v haploidoch môže fenotyp priamo súvisieť s genotypom, ľahšie sa generujú čisté línie a ľahšie sa identifikuje účinok spontánnych a indukovaných mutácií.

Eukaryoty a diploidy

Na druhej strane, v eukaryotických a diploidných organizmoch predstavuje haploidia dokonalú zbraň na testovanie menej užitočných mutácií. Generovaním gametofyt, ktorý je haploid, tieto bunky budú exprimovať iba ekvivalent jedného genomického obsahu.

To znamená, že bunky budú hemizygénne pre všetky gény. Ak z tohto stavu vyplýva bunková smrť, táto línia nebude prispievať gamétami kvôli mitóze, čím bude pôsobiť ako filter pre nežiaduce mutácie.

Podobné zdôvodnenie sa dá uplatniť aj na samcov, že u niektorých druhov zvierat sú haploidní. Sú tiež hemizygénne pre všetky gény, ktoré nesú.

Ak neprežijú a nedosiahnu reprodukčný vek, nebudú mať možnosť odovzdať túto genetickú informáciu budúcim generáciám. Inými slovami, je ľahšie eliminovať menej funkčné genómy.

Referencie

1. Alberts, B., Johnson, AD, Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., Walter, P. (2014) Molecular Biology of the Cell (6 ^th Edition). WW Norton & Company, New York, NY, USA.
2. Bessho, K., Iwasa, Y., Day, T. (2015) Evolučná výhoda haploidných verzus diploidných mikróbov v prostrediach chudobných na živiny. Journal of Theoretical Biology, 383: 116-329.
3. Brooker, RJ (2017). Genetika: analýza a princípy. McGraw-Hill Higher Education, New York, NY, USA.
4. Goodenough, UW (1984) Genetics. WB Saunders Co. Ltd, Philadelphia, PA, USA.
5. Griffiths, AJF, Wessler, R., Carroll, SB, Doebley, J. (2015). Úvod do genetickej analýze (11 ^th ed.). New York: WH Freeman, New York, NY, USA.
6. Li, Y., Shuai, L. (2017) Všestranný genetický nástroj: haploidné bunky. Výskum a terapia kmeňových buniek, 8: 197. doi: 10,1186 / s13287-017-0657-4.