Zdrowie i przetrwanie organizmu zależy od niezawodnej i dokładnej replikacji DNA (Deoxyribonucleic Acid) i uporządkowanego podziału komórek. Bez tych procesów jest wysoce niezawodny, przetrwanie jest wątpliwe. Jednak od czasu do czasu zdarzają się błędy. Jakiego rodzaju błędy się zdarzają, co powoduje, że się zdarzają i jakie są niektóre z wyników?

Po pierwsze, ważne jest, aby wiedzieć, że większość DNA nie robi nic. DNA jest klasyfikowany jako „kodowania” lub „non-coding.” Kodujące DNA koduje do produkcji enzymów i białek wymaganych do uruchomienia procesów niezbędnych do życia. Niekodujące DNA jest podobne do przypadkowych liter umieszczonych razem, które nie mają sensu. Cel takiej obfitości niekodującego DNA jest słabo zrozumiały, ale z 6,5 stopy DNA w każdej ludzkiej komórce, tylko około 1 cala to kodujące DNA. Błędy w obrębie niekodujących sekcji nie mają żadnych widocznych konsekwencji i jest to jedna z teorii, dlaczego jest ich tak dużo – mogą działać jako bufor chroniący kodujące DNA. W poprzednim artykule Michigan State University Extension, „Mutanty też mają wartość”, wspomniano, że niektóre zmiany w DNA są użyteczne. Ten artykuł omówi jak one występują i daje przykłady powszechnie widzianych mutacji roślin.

Mutacje wynikają ze zmian zachodzących w samym DNA lub w procesie replikacji/podziału komórek. Zmiany w obrębie cząsteczki DNA są określane jako „mutacje punktowe”, ponieważ występują one w małej części DNA, ale nadal mogą mieć znaczący wpływ, ponieważ zmieniają one „znaczenie kodu”. Mutacje punktowe mogą być spowodowane uszkodzeniami spowodowanymi przez promienie kosmiczne, substancje chemiczne i wirusy. Mogą one również wynikać ze stresu spowodowanego ciepłem, zimnem, silnym przycinaniem lub błędem replikacji powodującym przesunięcie sekwencji DNA tak, że nie ma to już sensu. Wiele systemów biologicznych to systemy typu szlakowego, wymagające tworzenia produktów pośrednich przed wytworzeniem produktu końcowego. Enzymy kontrolują te etapy pośrednie, a przerwanie któregokolwiek z nich uniemożliwia wytworzenie produktu końcowego. Dlatego im więcej etapów w ścieżce, tym bardziej system jest podatny na ewentualne zmiany.

Mutacje punktowe wpływają na wiele systemów w obrębie roślin. Najbardziej drastyczne wizualnie są zmiany koloru lub kształtu. Zdjęcie 1 przedstawia różne naturalnie występujące mutacje barwne. Zmiana może dotyczyć fragmentu kwiatu, owocu lub liścia, albo całej gałęzi. W zależności od tego, która tkanka jest zaangażowana, zmiana może być przekazana następnemu pokoleniu poprzez nasiona. Mogą być również rozmnażane przez szczepienie lub sadzonki. Niektóre mutacje mogą być niestabilne i spowodować produkcji części roślin, które powracają do stanu pierwotnego (zdjęcie 2).

Mutacje punktowe roślin są często spotykane po stresujących warunkach środowiskowych, zwłaszcza zimno. Wszystkie komórki w organizmie zawierają tę samą informację genetyczną bez względu na ich lokalizację. Niektóre komórki tworzą korzenie, podczas gdy inne tworzą kwiaty, mimo że obie zawierają tę samą informację genetyczną. Nie do końca rozumiemy, co reguluje ten proces. Wiemy jednak, że komórki zmuszone do przeprogramowania się do innej funkcji okazują się podatne na popełnianie błędów w tym procesie. Dzieje się tak, gdy rośliny doświadczają temperatur zabijających pąki. Kiedy normalne pąki wegetatywne ulegają uszkodzeniu, roślina tworzy pąki przybyszowe, z których wyrastają nowe pędy. Większość komórek przeprogramuje się pomyślnie, ale niektóre mogą wyrażać zmiany. Większość zmian przejść niezauważone i nie są korzystne, ale nie może być zmiana w kolorze lub zwyczaju wzrostu, który łatwo zauważyć i znaleźć atrakcyjne lub beneficial.

Małe wyjaśnienie na anatomii roślin i rozwoju może wyjaśnić wygląd mutacji. Struktury roślinne zaczynają się od pojedynczej komórki. Że jedna komórka dzieli się na dwie, te dwie dzielą się na cztery, następnie cztery dzielą się na osiem i dalej i dalej, aż struktura jest kompletna. To dlatego niektóre mutacje wizualne wydają się dość geometryczne. Kwiat hibiskusa na zdjęciu 1 jest w większości pół-biały i pół-różowy, co wskazuje, że zmiana koloru nastąpiła na etapie dwukomórkowym. To samo dzieje się w pół czerwonym, pół żółtym owocu jabłka.

Aby przygotować się do tego artykułu, wybrałem się na wycieczkę do lokalnego super marketu. Jak można się było spodziewać, znalazłem mutacje. Są one łatwe do zauważenia, gdy wiesz, czego szukać. Zdjęcie 3 pokazuje, co znalazłem. Na podstawie wielkości zmiany, pomarańczowy owoc po lewej stronie na zdjęciu 3B i C miał najwyraźniej zmianę w stadium czterokomórkowym, a ten po prawej stronie w stadium 16-komórkowym. Te wizualne zmiany mogą być zaskakujące, gdy są obserwowane, ponieważ nie zdarzają się często, ale nie są niezwykłe, gdy proces jest zrozumiały.

Mutacje koloru owoców są najbardziej oczywiste. Rozwój koloru jest procesem ścieżkowym z kilkoma etapami pośrednimi pomiędzy produktem początkowym a końcowym. Zmiany koloru, dlatego zdarzają się dość często, zwłaszcza zmiana na mniejszy kolor. Jednak wiele czerwonych jabłek ma poprawiony kolor w stosunku do oryginału, ponieważ sadownicy znajdują pojedyncze pędy z silnie wybarwionymi owocami. Pąki z tych kończyn są następnie rozmnażane do całych trees.

Inny wspólny rodzaj mutacji obejmuje dodawanie lub usuwanie chromosomów lub dodawanie całego zestawu chromosomów. Wynikają one z błędów podczas procesu podziału komórki. Podczas normalnego podziału komórki, chromosomy ustawiają się w linii, powielają się, a następnie są odciągane od siebie i równo rozmieszczane w dwóch powstałych komórkach. Czasami chromosomy „opóźniają się” i zostają w tyle, co powoduje nierównomierne rozmieszczenie – jedna komórka ma ich więcej, a druga mniej. Komórki te często nie radzą sobie dobrze, ponieważ w połowie z nich brakuje niezbędnych informacji, a nierówne liczby prowadzą do dalszych trudności w replikacji.

Jednakże czasami chromosomy się powielają i nowa komórka nie powstaje. Powoduje to, że pierwotna komórka posiada cały dodatkowy zestaw chromosomów. Zmiany te są dość stabilne, ponieważ mają niezbędną informację – tylko dwa razy więcej, i mają równą liczbę chromosomów, dzięki czemu dalszy podział komórki jest regularny. Komórki powstałe w wyniku tej zmiany są określane jako poliploidalne (poly = wiele; ploidy = chromosomy). Zmiana ta może zajść we wszystkich komórkach, ale jeśli zachodzi w komórkach odpowiedzialnych za rozmnażanie płciowe, tworzą one komórki jajowe i ziarna pyłku, które mają dwa razy większą od normalnej liczbę chromosomów, a powstałe jaja i pyłek nazywane są „nieredukowanymi gametami”.”

Jeśli nieredukowane ziarno pyłku łączy się z nieredukowaną komórką jajową tego samego gatunku, ma ono potencjał rozwinięcia się w cały nowy gatunek rośliny. Proces ten dał początek niektórym dobrze znanym roślinom spożywczym. Borówki i truskawki są częścią serii poliploidów, z których niektóre są diploidami (normalna sytuacja dwóch zestawów chromosomów), tetraploidami (cztery zestawy), heksaploidami (sześć zestawów) i oktoploidami (osiem zestawów). Handlowe truskawki są oktoploidalne, a handlowe borówki są albo tetraploidalne albo heksaploidalne. Uważa się, że wszystkie tetra-, heksa- i oktoploidy wywodzą się od diploidalnego przodka, który przeszedł przez etapy i kombinacje nieredukowanej produkcji gamet. Inne rośliny poliploidalne to pszenica (tetraploidalna lub heksaploidalna), owies (heksaploidalny), kiwi (heksaploidalny) i inne. W rzeczywistości, 30 do 80 procent wszystkich roślin są polyploids.

Zauważysz wszystkie poziomy wymienione są parzyste numery-dwa, cztery, sześć, osiem itp. Żaden nie był nieparzysty-jeden, trzy, pięć, itp. To dlatego, że numery nieparzyste zwracają nas z powrotem do problemu nierównej dystrybucji chromosomów podczas podziału komórki. Jednak dla każdej reguły istnieje wyjątek, a ziemniak ma członków z dwoma, trzema, czterema i pięcioma zestawami chromosomów, ale wtedy ziemniak nie polega wyłącznie na rozmnażaniu płciowym, ale może być rozmnażany przez bezpłciowe kawałki nasion. Nieparzyste zestawy istnieją lub mogą być wykonane w innych gatunkach roślin, a my skorzystaliśmy z nich jako uprawy żywności, ponieważ w wielu przypadkach nierównomierne rozmieszczenie chromosomów prowadzi do beznasienności, takich jak beznasienne arbuzy i banany. Rośliny będą rosły, ale nie będą produkować potomstwa, są sterylne i mają tylko śladowe ilości nasion.

Mutacje występują również w systemach zwierzęcych. Jednakże, ponieważ systemy zwierzęce są bardziej złożone, ich przetrwanie nie jest tak niezawodne i zmiany nie tak dramatyczne. Istnieją pewne poliploidalne ryby i płazy, ale poliploidalne ssaki są rzadkie i to jest jeszcze rzadsze dla nich, aby przetrwać do urodzenia.

.