- Polyploidy เกิดขึ้นเมื่อใด?
- การปรากฏตัวของสายพันธุ์ใหม่
- ประเภทของ polyploidy
- Polyploidy ในสัตว์
- ตัวอย่างในสัตว์
- Polyploidy ในมนุษย์
- Polyploidy ในพืช
- การปรับปรุงพืชสวน
- ตัวอย่างในพืช
- อ้างอิง
polyploidyเป็นประเภทของการกลายพันธุ์ทางพันธุกรรมคือนอกเหนือจากเต็มรูปแบบ (ชุดสมบูรณ์) ของโครโมโซมนิวเคลียสเซลล์, การขึ้นรูปคู่คล้ายคลึงกัน การกลายพันธุ์ของโครโมโซมประเภทนี้เป็นลักษณะที่พบได้บ่อยที่สุดของ euploidias และมีลักษณะเฉพาะคือร่างกายมีโครโมโซมที่สมบูรณ์สามชุดขึ้นไป
สิ่งมีชีวิต (โดยปกติคือ diploid = 2n) ถือว่าเป็นโพลีพลอยด์เมื่อได้รับโครโมโซมที่สมบูรณ์ตั้งแต่หนึ่งชุดขึ้นไป แตกต่างจากการกลายพันธุ์แบบจุดการผกผันของโครโมโซมและการทำซ้ำกระบวนการนี้มีขนาดใหญ่กล่าวคือเกิดขึ้นกับชุดโครโมโซมที่สมบูรณ์
ที่มา: Haploid_vs_diploid.svg: งาน Ehambergderivative: Ehamberg
แทนที่จะเป็น haploid (n) หรือ diploid (2n) สิ่งมีชีวิตโพลีพลอยด์สามารถเป็น tetraploid (4n), octoploid (8n) หรือมากกว่า กระบวนการกลายพันธุ์นี้พบได้บ่อยในพืชและพบได้ยากในสัตว์ กลไกนี้สามารถเพิ่มความแปรปรวนทางพันธุกรรมในสิ่งมีชีวิตที่ไม่สามารถเคลื่อนที่ไปมาได้
Polyploidy มีความสำคัญอย่างยิ่งในแง่วิวัฒนาการในกลุ่มทางชีววิทยาบางกลุ่มซึ่งเป็นกลไกที่เกิดขึ้นบ่อยครั้งในการสร้างสิ่งมีชีวิตชนิดใหม่เนื่องจากปริมาณโครโมโซมเป็นเงื่อนไขที่สืบทอดได้
Polyploidy เกิดขึ้นเมื่อใด?
การรบกวนจำนวนโครโมโซมสามารถเกิดขึ้นได้ทั้งในธรรมชาติและในประชากรที่สร้างขึ้นในห้องปฏิบัติการ นอกจากนี้ยังสามารถถูกกระตุ้นด้วยสารก่อกลายพันธุ์เช่นโคลชิซีน แม้จะมีความแม่นยำอย่างไม่น่าเชื่อของไมโอซิส แต่ความผิดปกติของโครโมโซมก็เกิดขึ้นและเป็นเรื่องปกติมากกว่าที่คิด
Polyploidy เกิดขึ้นจากการเปลี่ยนแปลงบางอย่างที่อาจเกิดขึ้นในระหว่างไมโอซิสไม่ว่าจะในการแบ่งไมโอติกครั้งแรกหรือในระหว่างการทำนายซึ่งโครโมโซมที่คล้ายคลึงกันจะถูกจัดเรียงเป็นคู่เพื่อสร้างเตตราดและการไม่แยกส่วนหลังเกิดขึ้นในช่วง anaphase I.
การปรากฏตัวของสายพันธุ์ใหม่
Polyploidy มีความสำคัญเนื่องจากเป็นจุดเริ่มต้นในการกำเนิดสิ่งมีชีวิตชนิดใหม่ ปรากฏการณ์นี้เป็นแหล่งที่มาที่สำคัญของการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมเนื่องจากมันก่อให้เกิด loci ที่ซ้ำกันหลายร้อยหรือหลายพันรายการที่ปล่อยให้มีฟังก์ชันใหม่ ๆ
ในพืชมีความสำคัญเป็นพิเศษและค่อนข้างแพร่หลาย ประมาณว่ามากกว่า 50% ของไม้ดอกมีต้นกำเนิดมาจากโพลีพลอยด์
ในกรณีส่วนใหญ่โพลีพลอยด์แตกต่างกันทางสรีรวิทยาจากสิ่งมีชีวิตดั้งเดิมและด้วยเหตุนี้พวกมันจึงสามารถตั้งรกรากสภาพแวดล้อมที่มีลักษณะใหม่ ๆ ได้ สิ่งมีชีวิตที่สำคัญหลายชนิดในการเกษตร (รวมทั้งข้าวสาลี) เป็นโพลีลอยด์ของแหล่งกำเนิดลูกผสม
ประเภทของ polyploidy
Polyploidies สามารถจำแนกได้ตามจำนวนชุดโครโมโซมที่สมบูรณ์ที่มีอยู่ในนิวเคลียสของเซลล์
ในแง่นี้สิ่งมีชีวิตที่ประกอบด้วยโครโมโซม "สามชุด" คือ "triploid", "tetraploid" ถ้าประกอบด้วยโครโมโซม 4 ชุด, pentaploid (5 ชุด), hexaploidae (6 ชุด), heptaploid (เจ็ดชุด), octoploid (แปด เกม), nonaploidae (เก้าเกม), Decaploid (10 เกม) และอื่น ๆ
ในทางกลับกัน polyploidies ยังสามารถจำแนกได้ตามที่มาของ endowments ของโครโมโซม ตามลำดับความคิดนี้สิ่งมีชีวิตอาจเป็น: autopolyploid หรือ allopolyploid
autopolyploid ประกอบด้วยโครโมโซม homologous หลายชุดที่ได้มาจากบุคคลเดียวกันหรือจากบุคคลที่อยู่ในสายพันธุ์เดียวกัน ในกรณีนี้โพลีลอยด์เกิดจากการรวมกันของ gametes ที่ไม่ลดลงของสิ่งมีชีวิตที่เข้ากันได้ทางพันธุกรรมซึ่งจัดทำรายการเป็นสิ่งมีชีวิตชนิดเดียวกัน
allopolyploid คือสิ่งมีชีวิตที่มีชุดโครโมโซมที่ไม่เหมือนกันเนื่องจากการผสมข้ามสายพันธุ์ที่แตกต่างกัน ในกรณีนี้ polyploidy เกิดขึ้นหลังจากการผสมพันธุ์ระหว่างสิ่งมีชีวิตสองชนิดที่เกี่ยวข้องกัน
Polyploidy ในสัตว์
Polyploidy เป็นสัตว์ที่หายากหรือไม่บ่อยนัก สมมติฐานที่แพร่หลายที่สุดที่อธิบายความถี่ต่ำของสายพันธุ์โพลีพลอยด์ในสัตว์ชั้นสูงคือกลไกที่ซับซ้อนของการกำหนดเพศขึ้นอยู่กับความสมดุลที่ละเอียดอ่อนในจำนวนโครโมโซมเพศและออโตโซม
แนวคิดนี้ยังคงอยู่แม้จะสะสมหลักฐานจากสัตว์ที่มีอยู่ในรูปแบบโพลีลอยด์ โดยทั่วไปจะสังเกตได้ในสัตว์กลุ่มล่างเช่นหนอนและพยาธิตัวแบนหลายชนิดซึ่งโดยปกติแล้วแต่ละคนจะมีอวัยวะสืบพันธุ์ทั้งตัวผู้และตัวเมียซึ่งอำนวยความสะดวกในการปฏิสนธิด้วยตนเอง
สายพันธุ์ที่มีอาการหลังเรียกว่ากระเทยที่เข้ากันได้กับตัวเอง ในทางกลับกันมันสามารถเกิดขึ้นได้ในกลุ่มอื่น ๆ ที่ตัวเมียสามารถให้ลูกหลานได้โดยไม่ต้องมีการปฏิสนธิผ่านกระบวนการที่เรียกว่า parthenogenesis (ซึ่งไม่ได้หมายความถึงวงจรทางเพศแบบ meiotic ปกติ)
ในระหว่างการสร้างเซลล์สืบพันธุ์ลูกหลานจะถูกผลิตโดยการแบ่งเซลล์แบบไมโทติกของเซลล์พ่อแม่ ซึ่งรวมถึงสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังหลายชนิดเช่นด้วงไอโซพอดผีเสื้อกลางคืนกุ้งกลุ่มแมงต่างๆและปลาบางชนิดสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำและสัตว์เลื้อยคลาน
แตกต่างจากพืชการ speciation ผ่าน polyploidy เป็นเหตุการณ์พิเศษในสัตว์
ตัวอย่างในสัตว์
Tympanoctomys barriere หนูเป็นสัตว์จำพวกเตตราพลอยด์ที่มีโครโมโซม 102 โครโมโซมต่อเซลล์ร่างกาย นอกจากนี้ยังมีผล "มหึมา" ต่ออสุจิของคุณ สายพันธุ์ allopolyploid นี้อาจเกิดจากการเกิดเหตุการณ์การผสมพันธุ์ของสัตว์ฟันแทะอื่น ๆ เช่น Octomys mimax และ Pipanacoctomys aureus
Polyploidy ในมนุษย์
Polyploidy เป็นสิ่งผิดปกติในสัตว์มีกระดูกสันหลังและถือว่าไม่เกี่ยวข้องกับการกระจายตัวของกลุ่มต่างๆเช่นสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม (เมื่อเทียบกับพืช) เนื่องจากการหยุดชะงักที่เกิดขึ้นในระบบการกำหนดเพศและกลไกการชดเชยขนาดยา
มนุษย์ประมาณห้าในทุกๆ 1,000 คนเกิดมาพร้อมกับข้อบกพร่องทางพันธุกรรมที่ร้ายแรงอันเนื่องมาจากความผิดปกติของโครโมโซม ยิ่งมีตัวอ่อนที่มีความบกพร่องทางโครโมโซมแท้งบุตรและอื่น ๆ อีกมากมายไม่เคยทำให้เกิด
โพลีพลอยด์ของโครโมโซมถือเป็นอันตรายถึงชีวิตในมนุษย์ อย่างไรก็ตามในเซลล์ร่างกายเช่น hepatocytes โดยปกติประมาณ 50% จะเป็น polyploid (tetraploid หรือ octaploid)
polyploidies ที่ตรวจพบบ่อยที่สุดในสายพันธุ์ของเราคือ triploidies ที่สมบูรณ์และ tetraploidies เช่นเดียวกับ diploid / triploid (2n / 3n) และ diploid / tetraploid (2n / 4n) mixoploids
ในช่วงหลังนี้ประชากรของเซลล์ diploid ปกติ (2n) จะอยู่ร่วมกับเซลล์อื่นที่มีโครโมโซมแบบทวีคูณแบบเดี่ยว 3 ตัวขึ้นไปตัวอย่างเช่น triploid (3n) หรือ tetraploid (4n)
Triploidies และ tetraplodia ในมนุษย์ไม่สามารถใช้งานได้ในระยะยาว ส่วนใหญ่มีรายงานการเสียชีวิตตั้งแต่แรกเกิดหรือสองสามวันหลังคลอดซึ่งแตกต่างกันไปตั้งแต่น้อยกว่าหนึ่งเดือนจนถึงสูงสุด 26 เดือน
Polyploidy ในพืช
การมีอยู่ของจีโนมมากกว่าหนึ่งจีโนมในนิวเคลียสเดียวกันมีบทบาทสำคัญในการกำเนิดและวิวัฒนาการของพืชซึ่งอาจเป็นการเปลี่ยนแปลงทางเซลล์ที่สำคัญที่สุดในการจำแนกและวิวัฒนาการของพืช พืชเป็นประตูสู่ความรู้เกี่ยวกับเซลล์ที่มีโครโมโซมมากกว่าสองชุดต่อเซลล์
จากจุดเริ่มต้นของการนับโครโมโซมพบว่าพืชป่าและพืชที่ได้รับการเพาะปลูกหลากหลายชนิด (รวมถึงพืชที่สำคัญที่สุดบางชนิด) เป็นโพลีพลอยด์ เกือบครึ่งหนึ่งของพืชที่เป็นที่รู้จักของพืชชนิดหนึ่ง (ไม้ดอก) เป็นโพลีพลอยด์เช่นเดียวกับเฟิร์นส่วนใหญ่ (95%) และมอสหลากหลายชนิด
การปรากฏตัวของโพลีพลอยด์ในพืชยิมโนสเปิร์มนั้นหายากและมีความแปรปรวนสูงในกลุ่มของพืชแองจิโอสเปิร์ม โดยทั่วไปมีการชี้ให้เห็นว่าพืชโพลีพลอยด์มีความสามารถในการปรับตัวสูงสามารถยึดครองแหล่งที่อยู่อาศัยที่บรรพบุรุษของพวกมันไม่สามารถปรับตัวได้ นอกจากนี้พืชโพลีพลอยด์ที่มีสำเนาจีโนมมากขึ้นจะสะสม "ความแปรปรวน" มากขึ้น
ภายในพืชบางที allopolyploids (พบมากที่สุดในธรรมชาติ) มีบทบาทพื้นฐานในการฉายรังสีและการปรับตัวของรังสีหลายกลุ่ม
การปรับปรุงพืชสวน
ในพืช polyploidy สามารถเกิดขึ้นได้จากปรากฏการณ์ที่แตกต่างกันซึ่งอาจเป็นข้อผิดพลาดที่เกิดขึ้นบ่อยที่สุดในระหว่างกระบวนการไมโอซิสที่ก่อให้เกิด gametes diploid
มากกว่า 40% ของพืชที่เพาะปลูกเป็นโพลีลอยด์ในหมู่พวกเขาอัลฟัลฟ่าฝ้ายมันฝรั่งกาแฟสตรอเบอร์รี่ข้าวสาลีและอื่น ๆ โดยไม่มีความสัมพันธ์ระหว่างการสร้างบ้านและโพลีพลอยด์ของพืช
เนื่องจากโคลชิซินถูกนำมาใช้เป็นตัวแทนในการชักนำให้เกิดโพลีพลอยด์จึงถูกนำมาใช้ในพืชโดยทั่วไปด้วยเหตุผลสามประการ:
- ในการสร้างโพลีพลอยด์ในสิ่งมีชีวิตที่สำคัญบางชนิดเพื่อพยายามหาพืชที่ดีกว่าเนื่องจากในโพลีพลอยด์มักจะมีฟีโนไทป์ที่มีการเติบโตของ "กิกะไบต์" ที่โดดเด่นเนื่องจากมีเซลล์จำนวนมากขึ้น สิ่งนี้ทำให้เกิดความก้าวหน้าที่โดดเด่นในด้านพืชสวนและในด้านการปรับปรุงพันธุกรรมพืช
- สำหรับการทำโพลีพลอยด์ของลูกผสมและพวกมันกลับมามีความอุดมสมบูรณ์ในลักษณะที่บางชนิดได้รับการออกแบบหรือสังเคราะห์ขึ้นใหม่
- และสุดท้ายเป็นวิธีการถ่ายโอนยีนระหว่างสิ่งมีชีวิตที่มีระดับ ploidy ต่างกันหรืออยู่ในสิ่งมีชีวิตชนิดเดียวกัน
ตัวอย่างในพืช
ภายในพืชโพลีพลอยด์ตามธรรมชาติที่มีความสำคัญและน่าสนใจเป็นพิเศษคือขนมปังโฮลวีต Triticum aestibum (hexaploid) นอกจากข้าวไรย์แล้วยังมีการสร้างโพลีพลอยด์ที่เรียกว่า“ Triticale” ขึ้นโดยเจตนาซึ่งเป็น allopolyploid ที่มีผลผลิตสูงของข้าวสาลีและความแข็งแรงของข้าวไรย์ซึ่งมีศักยภาพที่ดี
ข้าวสาลีภายในพืชที่เพาะปลูกมีความสำคัญอย่างยิ่ง มีข้าวสาลี 14 ชนิดที่วิวัฒนาการโดย allopolyploidy และพวกมันก่อตัวเป็นสามกลุ่มหนึ่งใน 14 ชนิดอีก 28 ตัวและโครโมโซม 42 ตัวสุดท้าย กลุ่มแรกประกอบด้วยสายพันธุ์ที่เก่าแก่ที่สุดของสกุล T. monococcum และ T. boeoticum
กลุ่มที่สองประกอบด้วย 7 ชนิดและเห็นได้ชัดว่าเกิดจากการผสมพันธ์ของ T. boeoticum กับหญ้าป่าจากสกุลอื่นที่เรียกว่า Aegilops การผสมข้ามสายพันธุ์ทำให้เกิดลูกผสมที่ปราศจากเชื้อที่แข็งแรงซึ่งการทำสำเนาโครโมโซมอาจทำให้เกิดอัลโลเตตราลอยด์ที่อุดมสมบูรณ์
โครโมโซม 42 กลุ่มที่สามเป็นที่ตั้งของข้าวสาลีซึ่งอาจเกิดจากการผสมพันธุ์ของสายพันธุ์ tertraploid กับ Aegilops สายพันธุ์อื่นตามด้วยการทำซ้ำของส่วนเสริมของโครโมโซม
อ้างอิง
- Alcántar, JP (2014). Polyploidy และความสำคัญทางวิวัฒนาการ ปัญหาการขาดและเทคโนโลยี 18: 17-29
- Ballesta, FJ (2017). การพิจารณาทางชีววิทยาบางประการเกี่ยวกับการดำรงอยู่ของกรณีของมนุษย์ที่มี tetraploidy หรือ triploidy ที่สมบูรณ์เกิดมามีชีวิต Studia Bioethica, 10 (10): 67-75.
- Castro, S. , & Loureiro, J. (2014). บทบาทของการสืบพันธุ์ในการกำเนิดและวิวัฒนาการของพืชโพลีพลอยด์ นิตยสาร Ecosistemas, 23 (3), 67-77.
- Freeman, S และ Herron, JC (2002). การวิเคราะห์วิวัฒนาการ การศึกษาของเพียร์สัน.
- Hichins, CFI (2010). ต้นกำเนิดทางพันธุกรรมและภูมิศาสตร์ของสัตว์ฟันแทะเตตระพลอยด์ Tympanoctomys barriere (Octodontidae) จากการวิเคราะห์ลำดับไซโตโครมบีของไมโทคอนเดรีย (วิทยานิพนธ์ปริญญาเอกสถาบันนิเวศวิทยา)
- Hickman, C.P, Roberts, LS, Keen, SL, Larson, A. , I´Anson, H. & Eisenhour, DJ (2008) หลักการบูรณาการของสัตววิทยา นิวยอร์ก: McGraw-Hill 14 THฉบับ
- Pimentel Benítez, H. , Lantigua Curz, A. , & Quiñones Maza, O. (1999). Diploid-tetraploid myxoloidy: รายงานแรกในการตั้งค่าของเรา Cuban Journal of Pediatrics, 71 (3), 168-173.
- Schifino-Wittmann, MT (2004). Polyploidy และผลกระทบต่อต้นกำเนิดและวิวัฒนาการของพืชป่าและพืชที่ปลูก นิตยสาร agrociencia ของบราซิล, 10 (2): 151-157.
- ซูซูกิ DT; กริฟฟิ ธ ส์, AJF; Miller, J.H & Lewontin, RC (1992). ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับการวิเคราะห์ทางพันธุกรรม. McGraw-Hill Interamericana 4 THฉบับ