Фенотипическая (ненаследственная) изменчивость
Изменение фенотипа под влиянием факторов внешней среды происходит без вмешательства в генетический аппарат. Это приспособительная (адаптивная) реакция, которая носит групповой характер и не передается по наследству.
Пределы таких изменений называются нормой реакции. Она бывает узкой (для качественных признаков, например, группы крови) и широкой (для количественных, таких как вес или удой).
У бактерий фенотипическая (модификационная) изменчивость возникает с высокой частотой из-за временной блокировки работы ферментов внешними факторами. При восстановлении нормальных условий происходит реверсия к исходным признакам. Основные проявления:
- Морфологические: стрептомицин вызывает удлинение клеток сальмонелл, низкие дозы пенициллина превращают сибиреязвенную палочку (B. anthracis) в шаровидные формы, а этиловый спирт подавляет рост жгутиков.
- Культуральные: диссоциация колоний на S-формы (smooth — гладкие, с капсулой, полноценной антигенной структурой и высокой вирулентностью) и R-формы (rough — шероховатые, полиморфные, со сниженной вирулентностью).
- Биохимические: выработка адаптивных ферментов (например, синтез фермента для расщепления лактозы у кишечной палочки начинается только при наличии этого углевода в питательной среде).
Генотипическая (наследственная) изменчивость
В отличие от фенотипической, генотипическая изменчивость затрагивает саму структуру ДНК. Изменения передаются потомству, возникают с низкой частотой и практически необратимы (реверсии редки). У бактерий она реализуется через два основных механизма: мутации и рекомбинации.
У эукариот важнейшую роль играет также комбинативная изменчивость, которая создает уникальные генотипы (основу биоразнообразия) за счет кроссинговера, независимого расхождения хромосом в мейозе и случайной встречи гамет при оплодотворении.
Мутации как основа изменения генотипа
Мутации — это внезапные и стойкие изменения генетического материала. По причине возникновения они делятся на спонтанные и индуцированные. Индуцированные мутации вызываются мутагенами: физическими (УФ-лучи, рентген), химическими (соли тяжелых металлов, аналоги азотистых оснований) или биологическими (вирусы кори и краснухи, транспозоны).
Классификация мутаций по уровню поражения:
- Генные (точечные): замена нуклеотидов (транзиция или трансверсия), вставка или выпадение, приводящие к сдвигу рамки считывания.
- Хромосомные (аберрации): разрывы и перераспределение участков. Включают делеции (утрату), дупликации (удвоение), инверсии (поворот на 180°) и транслокации (обмен участками между негомологичными хромосомами).
- Геномные: изменение числа хромосом. Это может быть гаплоидия, полиплоидия (кратное увеличение, летально для человека) или анеуплоидия (изменение числа отдельных хромосом из-за их нерасхождения в мейозе или митозе).
Для защиты от мутаций существует репарация — процесс восстановления поврежденной ДНК специальными ферментами (световая и темновая репарация, SOS-репарация).
Рекомбинации у бактерий
Рекомбинация подразумевает перенос участков ДНК от клетки-донора к реципиенту, что приводит к приобретению новых свойств. Основные пути:
- Конъюгация: прямая передача ДНК через конъюгационный мостик. Способность к ней зависит от наличия F-плазмид, кодирующих половые пили (секс-пили).
- Трансформация: захват изолированного фрагмента хромосомной или плазмидной ДНК из внешней среды.
- Трансдукция: перенос генетического материала от одних бактерий к другим с помощью умеренных бактериофагов.
Чтобы не путать термины: Генотип — это Гены (внутренняя программа организма), а Фенотип — это Фасад (внешнее проявление этой программы в конкретных условиях среды).
Вопросы с занятий и экзамена
Наследуется ли фенотипическая изменчивость?
Нет, она затрагивает только внешние признаки под действием среды и не меняет ДНК. При возвращении к нормальным условиям часто происходит реверсия к исходному состоянию.
Что такое диссоциация бактериальных колоний?
Это пример фенотипической изменчивости, при которой бактерии образуют два типа колоний: S-формы (гладкие, с выраженной капсулой и высокой вирулентностью) и R-формы (шероховатые, со сниженной биохимической активностью).
Чем генные мутации отличаются от хромосомных?
Генные мутации меняют последовательность нуклеотидов внутри одного гена (замена, вставка). Хромосомные мутации приводят к структурным перестройкам крупных участков хромосом (утрата, удвоение, поворот или перенос участка).
Что ещё разобрать по теме
- Виды и функции бактериальных плазмид (F, R, Ent, Col, Hly)
- Механизмы репарации ДНК (эксцизионная, фотореактивация, SOS-репарация)
- Классификация факторов мутагенеза (физические, химические, биологические)
- Виды трансдукции (абортивная, неспецифическая, специфическая)
- Комбинативная изменчивость и механизмы мейоза
Разберите тему целиком в курсе «Биология»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Фенотип и генотип» и ещё 3 793 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 129 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Дополнительные темы»
Бесплатные видеоуроки: биологияКороткие уроки с конспектами — без регистрации.
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.