POLYPLOIDY: DRUHY, U ZVÍŘAT, U LIDÍ, U ROSTLIN - BIOLOGIE - 2025

Polyploidie je typ genetické mutace je přidání plným (kompletní) chromozomů do buněčného jádra, tvořící homologní páry. Tento typ chromozomální mutace je nejběžnější z euploidií a je charakterizován skutečností, že tělo nese tři nebo více úplných sad chromozomů.

Organismus (obvykle diploid = 2n) je považován za polyploid, když získává jednu nebo více úplných sad chromozomů. Na rozdíl od bodových mutací, chromozomálních inverzí a duplikací je tento proces ve velkém měřítku, to znamená, že se vyskytuje na úplných sadách chromozomů.

Zdroj: Haploid_vs_diploid.svg: Ehambergderivativní práce: Ehamberg

Namísto toho, aby to byl haploid (n) nebo diploid (2n), může být polyploidním organismem tetraploid (4n), octoploid (8n) nebo vyšší. Tento mutační proces je u rostlin docela běžný a u zvířat je vzácný. Tento mechanismus může zvýšit genetickou variabilitu u přisedlých organismů, které se nemohou pohybovat.

Polyploidie má z evolučního hlediska velký význam v určitých biologických skupinách, kde představuje častý mechanismus pro generování nových druhů, protože chromozomální zátěž je dědičným stavem.

Kdy dochází k polyploidii?

Poruchy počtu chromozomů se mohou vyskytovat jak v přírodě, tak v laboratorních populacích. Mohou být také indukovány mutagenními činidly, jako je kolchicin. Navzdory neuvěřitelné přesnosti meiózy se vyskytují chromozomální aberace a jsou běžnější, než si člověk může myslet.

Polyploidie vzniká v důsledku některých změn, ke kterým může dojít během meiózy, buď v prvním meiotickém dělení, nebo během profázi, ve které jsou homologní chromozomy uspořádány ve dvojicích za vzniku tetradů a jejich nesouvislost nastává během anafáza I.

Vzhled nových druhů

Polyploidie je důležitá, protože je výchozím bodem pro vznik nových druhů. Tento jev je důležitým zdrojem genetické variace, protože způsobuje stovky nebo tisíce duplicitních lokusů, které jsou ponechány volné pro získání nových funkcí.

V rostlinách je to zvláště důležité a poměrně rozšířené. Odhaduje se, že více než 50% kvetoucích rostlin pochází z polyploidie.

Ve většině případů se polyploidy fyziologicky liší od původních druhů, a proto mohou kolonizovat prostředí s novými vlastnostmi. Mnoho důležitých druhů v zemědělství (včetně pšenice) jsou polyploidy hybridního původu.

Druhy polyploidie

Polyploidie lze klasifikovat podle počtu kompletních chromozomových sad přítomných v buněčném jádru.

V tomto smyslu je organismus, který obsahuje „tři“ sady chromozomů, „triploidní“, „tetraploidní“, pokud obsahuje 4 sady chromozomů, pentaploid (5 sad), hexaploidae (6 sad), heptaploid (sedm sad), oktopopid (osm) hry), nonaploidae (devět her), decaploid (10 her) atd.

Na druhé straně lze polyploidie také klasifikovat podle původu chromozomálních nadací. V tomto pořadí myšlenek může být organismus: autopolyploid nebo alopolyploid.

Autopolyploid obsahuje několik sad homologních chromozomů odvozených od stejného jedince nebo od jedince patřícího ke stejnému druhu. V tomto případě se polyploidy vytvářejí spojením neredukovaných gamet geneticky kompatibilních organismů, které jsou katalogizovány jako stejný druh.

Alopolyploid je organismus, který obsahuje nehomologické sady chromozomů kvůli hybridizaci mezi různými druhy. V tomto případě k polyploidii dochází po hybridizaci mezi dvěma příbuznými druhy.

Polyploidie u zvířat

Polyploidie je u zvířat vzácná nebo vzácná. Nejrozšířenější hypotézou, která vysvětluje nízkou frekvenci polyploidních druhů u vyšších zvířat, je to, že jejich složité mechanismy určování pohlaví závisí na velmi jemné rovnováze v počtu pohlavních chromozomů a autozomů.

Tato myšlenka byla podpořena navzdory hromadícím se důkazům od zvířat, která existují jako polyploidy. To je obecně pozorováno u nižších skupin zvířat, jako jsou červi a široká škála plochých červů, kde jednotlivci obvykle mají jak mužské, tak ženské pohlavní žlázy, což usnadňuje samooplodnění.

Druhy s posledně jmenovaným stavem se nazývají samo-kompatibilní hermafrodity. Na druhé straně se může vyskytnout i v jiných skupinách, jejichž samice mohou dát potomkům bez oplodnění, a to procesem zvaným parthenogeneze (který neznamená normální meiotický sexuální cyklus)

Během parenogeneze jsou potomci v podstatě produkováni mitotickým dělením rodičovských buněk. To zahrnuje mnoho druhů bezobratlých, jako jsou brouci, isopody, můry, krevety, různé skupiny pavouků a některé druhy ryb, obojživelníků a plazů.

Na rozdíl od rostlin je speciace prostřednictvím polyploidie u zvířat výjimečnou událostí.

Příklady u zvířat

Tympanoctomys barriere hlodavec je tetraploidní druh, který má 102 chromozomů na somatickou buňku. Má také „obrovský“ účinek na vaše spermie. Tento alopolyploidní druh pravděpodobně pocházel z výskytu několika hybridizačních událostí jiných druhů hlodavců, jako je například Octomys mimax a Pipanacoctomys aureus.

Polyploidy u lidí

Polyploidie je u obratlovců neobvyklá a je považována za irelevantní v diverzifikaci skupin, jako jsou savci (na rozdíl od rostlin), v důsledku narušení, ke kterým dochází v systému určování pohlaví a mechanismu kompenzace dávky.

Odhaduje se, že pět z každých 1000 lidí se narodilo se závažnými genetickými defekty, které lze připsat chromozomálním abnormalitám. Ještě více embryí s chromozomálními defekty potratí, a mnoho dalších se nikdy nedostane k narození.

Chromozomální polyploidie jsou u lidí považovány za smrtelné. Avšak v somatických buňkách, jako jsou hepatocyty, je přibližně 50% z nich normálně polyploid (tetraploid nebo octaploid).

Nejčastěji detekovanými polyploidiemi u našich druhů jsou kompletní triploidie a tetraploidie, stejně jako diploid / triploid (2n / 3n) a diploid / tetraploid (2n / 4n) mixoploidy.

V posledně jmenovaném případě populace normálních diploidních buněk (2n) koexistuje s jinou, která má 3 nebo více haploidních násobků chromozomů, například: triploid (3n) nebo tetraploid (4n).

Triploidie a tetraplodie u lidí nejsou dlouhodobě životaschopné. Ve většině případů byla hlášena smrt při narození nebo dokonce několik dní po narození, která se pohybovala od méně než jednoho měsíce do maximálně 26 měsíců.

Polyploidy v rostlinách

Existence více než jednoho genomu ve stejném jádru hraje důležitou roli při vzniku a vývoji rostlin, což je možná nejdůležitější cytogenetická změna ve speciaci a evoluci rostlin. Rostliny byly bránou k poznání buněk s více než dvěma sadami chromozomů na buňku.

Od začátku počtu chromozomů bylo pozorováno, že velké množství divokých a kultivovaných rostlin (včetně některých z nejdůležitějších) jsou polyploidní. Téměř polovina známých druhů angiospermů (kvetoucích rostlin) jsou polyploidní, rovněž většina kapradin (95%) a široká paleta mechů.

Přítomnost polyploidie v rostlinách rostlinných rostlin je vzácná a velmi variabilní ve skupinách angiospermů. Obecně bylo zdůrazněno, že polyploidní rostliny jsou vysoce přizpůsobivé, protože jsou schopny obsadit stanoviště, která jejich předkové diploidní nemohou. Navíc, polyploidní rostliny s více genomickými kopiemi akumulují větší „variabilitu“.

V rostlinách hrály alopolyploidy (nejčastěji v přírodě) zásadní roli ve spekulaci a adaptivním záření mnoha skupin.

Zahradnické zlepšení

V rostlinách může polyploidie pocházet z několika různých jevů, z nichž nejčastější jsou chyby během procesu meiózy, které vedou k diploidním gametám.

Více než 40% pěstovaných rostlin jsou polyploidní, mezi nimi například vojtěška, bavlna, brambory, káva, jahody, pšenice, aniž by došlo k vztahu mezi domestikací a polyploidií rostlin.

Vzhledem k tomu, že kolchicin byl implementován jako látka k vyvolání polyploidie, používá se v plodinách v zásadě ze tří důvodů:

-Vytvořit polyploidii u určitých důležitých druhů, jako pokus získat lepší rostliny, protože v polyploidech je obvykle fenotyp, ve kterém dochází k výraznému růstu „gigabajtů“ vzhledem ke skutečnosti, že existuje větší počet buněk. To umožnilo významný pokrok v zahradnictví a v oblasti genetického zlepšování rostlin.

- Pro polyploidizaci hybridů a opětovné získání plodnosti takovým způsobem, že některé druhy jsou přepracovány nebo syntetizovány.

- A konečně, jako způsob přenosu genů mezi druhy s různými stupni ploidy nebo v rámci stejného druhu.

Příklady v rostlinách

V rostlinách je přirozeným polyploidem, který je velmi důležitý a obzvláště zajímavý, pšenice chleba, Triticum aestibum (hexaploid). Spolu s žitem byl záměrně postaven polyploid zvaný „Triticale“, alopolyploid s vysokou produktivitou pšenice a robustností žita, který má velký potenciál.

Pšenice uvnitř pěstovaných rostlin byla pozoruhodně nezbytná. Existuje 14 druhů pšenice, které se vyvinuly allopolyploidií, a tvoří tři skupiny, jednu ze 14, druhou z 28 a poslední ze 42 chromozomů. První skupina zahrnuje nejstarší druhy rodu T. monococcum a T. boeoticum.

Druhá skupina je složena ze 7 druhů a zřejmě pochází z hybridizace T. boeoticum s druhem divoké trávy z jiného rodu zvaného Aegilops. Křížení produkuje energický sterilní hybrid, který díky duplicitě chromozomů může vést k úrodné allotetraploidě.

Třetí skupinou 42 chromozomů je místo, kde jsou umístěny chlébové pšenice, které pravděpodobně vznikly hybridizací tertraploidního druhu s jiným druhem Aegilops, po kterém následovala duplikace chromozomálního doplňku.

Reference

1. Alcántar, JP (2014). Polyploidie a její evoluční význam. Problémy s nedostatkem a technologie, 18: 17-29.
2. Ballesta, FJ (2017). Některá bioetická hlediska ve vztahu k existenci případů lidí s úplnou tetraploidií nebo triploidií, narozených naživu. Studia Bioethica, 10 (10): 67-75.
3. Castro, S., & Loureiro, J. (2014). Role reprodukce v původu a vývoji polyploidních rostlin. Ecosistemas Magazine, 23 (3), 67-77.
4. Freeman, S a Herron, JC (2002). Evoluční analýza. Pearsonovo vzdělávání.
5. Hichins, CFI (2010). Genetický a geografický původ tetraploidního hlodavce Tympanoctomys barriere (Octodontidae), založený na analýze mitochondriálních cytochromových b sekvencí (disertační práce, Ekologický ústav).
6. Hickman, C. P, Roberts, LS, Keen, SL, Larson, A., I´Anson, H. & Eisenhour, DJ (2008). Integrované základy zoologie. New York: McGraw-Hill. 14 ^th Edition.
7. Pimentel Benítez, H., Lantigua Curz, A., a Quiñones Maza, O. (1999). Diploid-tetraploid myxoloidy: první zpráva v našem prostředí. Cuban Journal of Pediatrics, 71 (3), 168-173.
8. Schifino-Wittmann, MT (2004). Polyploidie a její dopad na původ a vývoj divokých a pěstovaných rostlin. Brazilský časopis agrociencia, 10 (2): 151-157.
9. Suzuki, DT; Griffiths, AJF; Miller, J. H & Lewontin, RC (1992). Úvod do genetické analýzy. McGraw-Hill Interamericana. 4 ^th Edition.