Genetyka zwierz

ą

t

Hodowla zwierz

ą

t II rok

Wykład 8 (24.11.2009)

Strukturalne mutacje chromosomowe

mechanizmy powstawania i skutki hodowlane

dr hab. Dorota Cie

ś

lak, prof. nadzw

[e-mail]

[e-mail]

Mutacje chromosomowe - rodzaje

s

ą

efektem bł

ę

du procesu crossing-over lub

p

ę

kni

ę

cia DNA pod wpływem czynnika

mutagennego

mutacje liczbowe (numeryczne)

– zmienia si

ę

diploidalna

liczba chromosomów (np. 2n+1, 2n-1)

mutacje strukturalne

– liczba chromosomów pozostaje

prawidłowa, zmienia si

ę

struktura niektórych

chromosomów

Mutacje chromosomowe - rodzaje

mutacje zrównowa

ż

one

(zmianom nie

towarzyszy ilo

ś

ciowa zmiana informacji

genetycznej w komórce)

mutacje niezrównowa

ż

one

(dochodzi do

ilo

ś

ciowej zmiany – delecja, duplikacja –

informacji genetycznej w j

ą

drze)

Schemat powstawania

niezrównowa

ż

onych mutacji

chromosomowych (utrata =

delecja lub podwojenie =

duplikacja fragmentu

chromosomu)

Ś

witonski i wsp. (2006) Diagnostyka

cytogenetyczna zwierz

ą

t domowych

Schemat powstawania zrównowa

ż

onych mutacji

chromosomowych -

fuzja centryczna

(translokacja Robertsona, fuzja centromerowa)

p

ę

kni

ę

cie 2 chrom.

akrocentrycznych w okolicy centromeru i niewła

ś

ciwe poł

ą

czenie

fragmentów – powstaje du

ż

y chrom. dwuramienny i

gubi

ą

si

ę

małe

fragmenty chrom.

Schemat powstawania zrównowa

ż

onych mutacji

chromosomowych -

fuzja tandemowa

tandem-fuzja -

p

ę

kni

ę

cie 2 chrom. akrocentrycznych (lub 1 akrocen- i 1

dwuramiennego), w okolicy centromeru i terminalnej, redukcja liczby 2n o 1

i powstanie du

ż

ego chrom. dwuramiennego,

gubi

ą

si

ę

małe fragmenty

chromosomów

Schemat powstawania zrównowa

ż

onych mutacji

chromosomowych -

translokacja wzajemna

p

ę

kni

ę

cie 2 lub wi

ę

cej ró

ż

nych chromosomów i wzajemna wymiana

powstałych fragmentów, nie zmienia si

ę

liczba chromosomów a jedynie ich

budowa (nowy układ pr

ąż

ków)

Bydło (2n=60)

Translokacja Robertsona

•najcz

ęś

ciej s

ą

dziedziczone

•pierwszy przypadek opisany w 1969 w Szwecji u
szwedzkiego bydła czerwono-białego (Gustavsson)

•nosicielstwo jest przyczyn

ą

obni

ż

onej płodno

ś

ci

•dot

ą

d opisano ponad 60 ró

ż

nych translokacji w

wielu rasach bydła (mog

ą

by

ć

wł

ą

czone autosomy

ze wszystkich par)

•wy

ż

sza cz

ę

sto

ść

u ras mi

ę

snych oraz niektórych

lokalnych (brytyjskie białe)

Charakterystyka nosicieli

•prawidłowy fenotyp (tak

ż

e układu rozrodczego)

•prawidłowa aktywno

ść

płciowa i morfologia nasienia

•niewielkie obni

ż

enie płodno

ś

ci o ok. 5% (niepowtarzalno

ść

rui – NR - 60 dni po inseminacji)

•wydłu

ż

ony okres mi

ę

dzywycieleniowy

•przyczyna obni

ż

enia płodno

ś

ci – powstawanie triwalentu

podczas profazy I mejozy (2 prawidłowe chromosomy – para
1 i 29 oraz chromosom translokowany 1/29)

1

29

1/29

w

triwalencie

dochodzi do koniugacji fragmentów

homologicznych poszczególnych chromosomów

chromosomy zwykle segreguj

ą

prawidłowo podczas anafazy I

i powstaj

ą

2 rodzaje gamet: 1) prawidłowe (n=30) bez

chromosomu translokowanego t(1;29) i 2) nieprawidłowe

(n=29) z chromosomem translokowanym t(1;29)

Charakterystyka nosicieli

•Kariotyp

2n=59 (układ heterozygotyczny)

1

29

•Kariotyp

2n=58 (układ homozygotyczny)

2n=60

2n=59

nosiciel

t(1;29)

2n=59

nosiciel

t(1;29)

Ś

winia domowa

(2n=38)

Translokacje wzajemne

•najcz

ęś

ciej s

ą

dziedziczone, cze

ść

powstała

de novo

•dominuj

ą

w

ś

ród zaburze

ń

chromosomowych

u tego gatunku (rzadziej fuzje centryczne,
aneuploidie)

•do identyfikacji niezb

ę

dne s

ą

techniki

barwie

ń

pr

ąż

kowych i FISH

Translokacje wzajemne

•opisano ponad 100 ró

ż

nych translokacji,

w których wzi

ę

ły udział chromosomy z

wszystkich par autosomów i chrom. X
(najcz

ęś

ciej z par 1,6,7,11,13,14,15)

•cz

ę

sto

ść

wyst

ę

powania we Francji –

0.34% (dzi

ę

ki obj

ę

ciu diagnostyk

ą

wi

ę

kszo

ś

ci knurów AI)

1111

2222

3333

4444

5555

7777

6666

XY

XY

XY

XY

11

11

11

11

10

10

10

10

9999

8888

12

12

12

12

13

13

13

13

14

14

14

14

15

15

15

15

16

16

16

16

17

17

17

17

18

18

18

18

Ś

winia

2n=38

Danielak-Czech & Słota 2007

Analiza translokowanych chromosomów i identyfikacja

regionów chromosomów na idiogramie

Translokacje wzajemne

•wyra

ź

ne upo

ś

ledzenie rozrodu (wy

ż

szy

wska

ź

nik NR u gatunków jednopłodowych,

obni

ż

enie plenno

ś

ci (20-50%) gatunków

wielopłodowych)

•powoduj

ą

istotne obni

ż

enie plenno

ś

ci (liczba

prosi

ą

t w miocie)

ś

rednio o 50%

•prawidłowy fenotyp i libido (translokacja
autosom-autosom)

Translokacja autosom-

chromosom X

samiec bezpłodny – brak plemników -
azoospermia, zatrzymanie spermatogenezy
w profazie I

samica – podobnie jak w przypadku
translokacji autosom-autosom

Owca (2n=54)

Translokacje Robertsona

•

najcz

ęś

ciej obserwowane zaburzenie

•

niewielkie obni

ż

enie płodno

ś

ci (niezbalansowane gamety)

•

u tych gatunków rzadziej dochodzi do powstawania
funkcjonalnych gamet z nieprawidłowa liczba apoptozy
(system eliminacji - apoptoza)

Lis polarny (2n=48,49

lub 50)

Polimorfizm liczby chromosomów

•

rozprzestrzenienie 3 form chromosomowych: 2n=48,
2n=49 i 2n=50

•

najcz

ęś

ciej wyst

ę

puje forma 2n=49 (1 chromosom

translokowany 23/24 i po jednym chromosomie z par 23 i
24) wykazuj

ą

ca obni

ż

one parametry rozrodu

•

najwy

ż

sz

ą

plenno

ść

maj

ą

samice 2n=48 (dwa

chromosomy translokowane 23/24)

Mutacje chromosomowe

(podsumowanie)

• Mutacje niezrównowa

ż

one

prowadz

ą

zazwyczaj do

ś

mierci

lub zaburze

ń

rozwojowych

• Mutacje zrównowa

ż

one

zazwyczaj

– nie wywołuj

ą

widocznych efektów fenotypowych

– maj

ą

niekorzystny wpływ na płodno

ść

– je

ś

li nie wywołuj

ą

bezpłodno

ś

ci, to s

ą

dziedziczone

• W

ś

ród zwierz

ą

t hodowlanych mutacje niezrównowa

ż

one

opisywano rzadko, a spo

ś

ród mutacji zrównowa

ż

onych

najcz

ęś

ciej diagnozowano:

– translokacje Robertsona (bydło głównie ras mi

ę

snych i

rodzimych)

– translokacje wzajemne najcz

ęś

ciej u

ś

wi

ń

(ró

ż

ne rasy)

– tandem fuzje i inwersje były rzadko opisywane

Dziedziczenie strukturalnych mutacji

chromosomowych

• Mutacje strukturalne, które nie prowadz

ą

do letalno

ś

ci

s

ą

dziedziczone przez potomstwo

• Mutacje mog

ą

powstawa

ć

w komórkach somatycznych

(np. komórki nowotworowe) - nie podlegaj

ą

dziedziczeniu

Cz

ę

sto

ść

wyst

ę

powania nieprawidłowo

ś

ci chromosomowych

u zwierz

ą

t hodowanych w Polsce -

bydło

1.7%

w

ś

ród buhajów przewidzianych do u

ż

ytkowania

w inseminacji (127 przypadków w

ś

ród 7576

zbadanych cytogenetycznie)

• najcz

ęś

ciej stwierdzano chimeryzm XX/XY (89

buhajów)

• fuzje 1;29 (35 buhajów rasy charolais)

• fuzje 5;22 (1 buhaj rasy czarno-białej)

• kariotyp mozaikowy 60,XY/60, XY

• trisomia XYY ( 1 buhaj)

• trisomia 61,XXY (6 buhajów)

Cz

ę

sto

ść

wyst

ę

powania nieprawidłowo

ś

ci chromosomowych

u zwierz

ą

t hodowanych w Polsce

- ko

ń

– wykonano badania przesiewowe 500 młodych

koni (228 ogierków, 272 klaczki)

– nieprawidłowo

ś

ci stwierdzono wył

ą

cznie

w

ś

ród klaczy (

3.7%

)

• monosomia X (8, w tym 7 kariotypów

mozaikowych 64,XX/63,X)

• 64,XX/65,XX+31 (1)

• chimeryzm 64,XX/64,XY (1)

Badania cytogenetyczne reproduktorów

u

ż

ytkowanych w inseminacji s

ą

obowi

ą

zkowe

• Rozporz

ą

dzenie Ministra Rolnictwa i

Gospodarki

ś

ywno

ś

ciowej z 11.02.1999 (

w

sprawie szczegółowych warunków weterynaryjnych
przy pozyskiwaniu, konserwacji, obróbce,
przechowywaniu, wprowadzaniu do obrotu lub
wykorzystywaniu materiału biologicznego oraz
prowadzeniu punktów kopulacyjnych)

• Rozporz

ą

dzenie obejmuje:

buhaje, knury, ogiery, tryki i kozły