En organismes sundhed og overlevelse afhænger af en pålidelig og præcis reproduktion af DNA (desoxyribonukleinsyre) og en ordentlig celledeling. Hvis disse processer ikke er meget pålidelige, er det tvivlsomt, om overlevelsen er mulig. Der sker dog lejlighedsvis fejltagelser. Hvilke slags fejl sker der, hvad forårsager dem, og hvad er nogle af resultaterne?

For det første er det vigtigt at vide, at det meste DNA ikke gør noget. DNA er klassificeret som “kodende” eller “ikke-kodende”. Kodende DNA koder for produktionen af enzymer og proteiner, der er nødvendige for at køre de processer, der er nødvendige for livet. Ikke-kodende DNA svarer til tilfældige bogstaver, der er sat sammen på en tilfældig måde og ikke giver mening. Formålet med en sådan overflod af ikke-kodende DNA er dårligt forstået, men ud af de 6,5 fod DNA i hver menneskecelle er kun ca. 1 tomme kodende DNA. Fejl i de ikke-kodende dele har ingen tilsyneladende konsekvenser, og det er en teori om, hvorfor der er så meget – det kan fungere som en buffer for at beskytte det kodende DNA. I en tidligere artikel fra Michigan State University Extension, “Mutants have value too”, blev det nævnt, at nogle DNA-forandringer er nyttige. Denne artikel vil diskutere, hvordan de opstår, og giver eksempler på almindeligt forekommende plantemutationer.

Mutationer skyldes ændringer, der sker i selve DNA’et eller i replikations-/celledelingsprocessen. Ændringer inden for DNA-molekylet betegnes som “punktmutationer”, da de forekommer i en lille del af DNA’et, men stadig kan have en betydelig effekt, fordi de ændrer “kodens betydning”. Punktmutationer kan skyldes skader fra kosmisk stråling, kemikalier og vira. De kan også skyldes stress fra varme, kulde, kraftig beskæring eller replikationsfejl, der forårsager et skift i DNA-sekvenserne, så de ikke længere giver mening. Mange biologiske systemer er systemer af vejtypen, som kræver, at der dannes mellemprodukter, før det endelige produkt produceres. Enzymer styrer disse mellemliggende trin, og en afbrydelse af et trin forhindrer, at slutproduktet kan produceres. Derfor er systemet mere sårbart over for mulige ændringer, jo flere trin der er i vejen.

Punktmutationer påvirker mange systemer i planter. De mest visuelt dramatiske er farve eller form. Foto 1 viser forskellige naturligt forekommende farvemutationer. Ændringen kan påvirke en del af en blomst, en frugt eller et blad, eller en hel gren. Afhængigt af hvilket væv der er involveret, kan ændringen overføres til den næste generation gennem frø. De kan også formeres gennem podning eller stiklinger. Nogle mutationer kan være ustabile og resultere i, at der produceres dele af planten, der vender tilbage til deres oprindelige tilstand (foto 2).

Planternes punktmutationer findes ofte efter stressende miljøforhold, især kulde. Alle celler i en organisme indeholder den samme genetiske information, uanset hvor de befinder sig. Nogle celler danner rødder, mens andre danner blomster, selv om de begge indeholder den samme genetiske information. Vi forstår ikke helt, hvad der regulerer denne proces. Vi ved dog, at celler, der tvinges til at omprogrammere sig til en anden funktion, synes tilbøjelige til at begå fejl i processen. Dette sker, når planter udsættes for temperaturer, der dræber knopper. Når normale vegetative knopper lider skade, danner planten adventivknopper, der vokser til nye skud. De fleste celler vil omprogrammere med succes, men nogle celler kan give udtryk for ændringer. De fleste ændringer går ubemærket hen og er ikke gavnlige, men der kan være en ændring i farve eller vækstvane, som vi let opdager og finder attraktiv eller gavnlig.

En lille forklaring på planters anatomi og udvikling kan tydeliggøre mutationers udseende. Planternes strukturer begynder med en enkelt celle. Denne ene celle deler sig til to, disse to deler sig til fire, så deler fire sig til otte og så videre og så videre, indtil strukturen er færdig. Det er grunden til, at nogle visuelle mutationer ser ret geometriske ud. Hibiscusblomsten på billede 1 er for det meste halvt hvid og halvt lyserød, hvilket viser, at farveskiftet fandt sted på to-celle-stadiet. Det er også det, der sker i en halvt rød, halvt gul æblefrugt.

For at forberede denne artikel tog jeg på en udflugt til det lokale supermarked. Som forventet fandt jeg mutationer. De er nemme at opdage, når man ved, hvad man skal kigge efter. Foto 3 viser, hvad jeg fandt. Ud fra ændringens størrelse er der tilsyneladende sket en ændring i den orange frugt til venstre i foto 3B og C på firecellestadiet og i den til højre på 16-cellestadiet. Disse visuelle ændringer kan være overraskende, når de observeres, da de ikke sker ofte, men ikke usædvanlige, når processen først er forstået.

Frugtfarvemutationer er mest tydelige. Farveudvikling er en vejproces med flere mellemliggende trin mellem det oprindelige og det endelige produkt. Farvemutationer sker derfor ret ofte, især ændring til mindre farve. Mange røde æbler har imidlertid forbedret farve i forhold til den oprindelige, fordi æbleavlerne finder enkelte lemmer med stærkt farvede frugter. Knopper fra disse lemmer formeres derefter til hele træer.

En anden almindelig type mutation indebærer tilføjelse eller sletning af kromosomer eller tilføjelse af et helt sæt kromosomer. Disse skyldes fejl under celledelingsprocessen. Under normal celledeling stiller kromosomerne sig på række, duplikeres og trækkes derefter fra hinanden og fordeles ligeligt i de to resulterende celler. Nogle gange “halter” kromosomer efter og bliver efterladt, hvilket resulterer i en ulige fordeling – en celle har flere kromosomer og den anden har færre. Disse celler klarer sig ofte ikke godt, da halvdelen af dem mangler nødvendig information, og ulige antal fører til yderligere replikationsvanskeligheder.

Det sker dog af og til, at kromosomer duplikeres, og at der ikke dannes en ny celle. Dette resulterer i, at den oprindelige celle har et helt ekstra kromosomsæt. Disse forandringer er ret stabile, da de har den nødvendige information – bare dobbelt så meget – og de har lige mange kromosomer, hvilket gør yderligere celledeling regelmæssig. De celler, der er resultatet af denne ændring, siges at være polyploide (poly = mange; ploidy = kromosomer). Denne ændring kan ske i alle celler, men hvis den sker i celler, der er ansvarlige for den seksuelle formering, danner de ægceller og pollenkorn, der har dobbelt så mange kromosomer som normalt, og de resulterende æg og pollen kaldes “ureducerede kønsceller.”

Hvis et ureduceret pollenkorn kombineres med en ureduceret ægcelle fra samme art, har det potentiale til at udvikle sig til en helt ny planteart. Denne proces har givet anledning til nogle velkendte spiseplanter. Blåbær og jordbær er en del af en polyploid serie, hvor nogle er diploider (den normale situation med to sæt kromosomer), tetraploider (fire sæt), hexaploider (seks sæt) og octoploider (otte sæt). Kommercielle jordbær er octoploider, og kommercielle blåbær er enten tetraploider eller hexaploider. Tetra-, hexa- og octoploiderne menes alle at kunne føre deres oprindelse tilbage til en diploid forfader, der gennemgik de ureducerede gametproduktionstrin og -kombinationer. Andre polyploide planter omfatter hvede (tetraploid eller hexaploid), havre (hexaploid), kiwifrugter (hexaploid) og andre. Faktisk er 30 til 80 procent af alle planter polyploide.

Du vil bemærke, at alle de nævnte niveauer er lige tal – to, fire, seks, otte osv. Ingen var ulige – et, tre, fem osv. Det skyldes, at ulige tal bringer os tilbage til problemet med den ulige fordeling af kromosomer under celledelingen. Men for hver regel er der en undtagelse, og kartoflen har medlemmer med to, tre, fire og fem sæt kromosomer, men så er kartoflen ikke udelukkende afhængig af seksuel formering, men kan formeres gennem aseksuelle frøstykker. De ulige sæt findes eller kan laves hos andre plantearter, og vi har draget fordel af dem som fødevareafgrøder, da den ulige kromosomfordeling i mange tilfælde fører til frøløshed som f.eks. kerneløs vandmelon og bananer. Planterne vil vokse, men de vil ikke producere afkom, de er sterile og har kun spor af frø.

Mutationer forekommer også i dyresystemer. Men da dyresystemer er mere komplekse, er deres overlevelse ikke lige så pålidelig, og ændringerne er ikke lige så dramatiske. Der findes nogle polyploide fisk og padder, men polyploide pattedyr er sjældne, og det er endnu sjældnere for dem at overleve til fødslen.