Chromosomos yra branduolio struktūros, jose ypatingu būdu pasiskirsčiusi genetinė medžiaga. Interfazės metu genetinė medžiaga vadinama chromatinu, ląstelės dalijimosi metu chromatinas kondensuojasi ir virsta struktūra, vadinama chromosomomis. Svarbiausios cheminės medžiagos, sudarančios genetinę medžiagą, yra DNR ir baltymai. Chromatiną sudaro DNR siūlai, besivyniojantys apie baltyminius diskus - nukleosomas.
Ląstelei dalijantis, chromatinas kondensuojasi ir virsta trumpučiu kūneliu - chromosoma. Skirtingų organizmų, net ir to paties organizmo chromosomos skiriasi. Pati chromosoma sudaryta iš dviejų išilgai einančių siūlų - chromatidžių. Kompaktinės chromosomos yra lazdelės formos arba apvalios. Chromosomoje yra skiriama pirminė persmauga - centromera ir pečiai.
Žmogaus somatinėse (kūno) ląstelėse yra 46 chromosomos (katės - 38, bulvės - 48 chromosomos), šis skaičius vadinamas diploidiniu (2n) chromosomų rinkiniu. Diploidiniame rinkinyje kiekviena chromosoma turi panašaus dydžio ir formos antrininkę - tai yra homologinės chromosomos. Jose išsidėsto požymį lemiantys aleliniai genai. Perpus mažesnis neporinis chromosomų rinkinys vadinamas haploidiniu (n). Jis nurodo, kiek yra skirtingų (nehomologinių) chromosomų. Haploidinis chromosomų rinkinys yra lytinėse ląstelėse.
Atsižvelgiant į centromeros vietą, yra skiriami trys chromosomų tipai:
- akrocentrinės chromosomos yra lazdelės formos, centromera yra viename gale;
- metacentrinės chromosomos - centromera yra centre;
- submetacentrinės chromosomos - chromosomos panašios į segtuką su skirtingais pečiais, jų centromera ne centre.
Ir vyrai, ir moterys normaliai turi 23 chromosomų poras, bet vyrų vieną iš šių porų sudaro skirtingos chromosomos. Didesnioji šios poros chromosoma yra X, mažesnioji - Y. Jos vadinamos lytinėmis chromosomomis, nes jose yra genų, lemiančių lytį. Kitos chromosomos yra vadinamos autosomomis - tai visos likusios chromosomos, išskyrus X ir Y.
Poliploidija ir jos reikšmė
Poliploidija - tai chromosomų rinkinio kartotinis padaugėjimas individo ląstelių branduoliuose; mutacijų tipas. Būna natūrali (gamtinė) ir dirbtinė (sukeliama mutagenais). Poliploidija atsiranda tada, kai mejozės arba mitozės metu chromosomos padvigubėja, bet neišsiskiria, visos lieka vienoje ląstelėje.
Organizmų lytinėse ląstelėse dažniausiai būna viengubas (haploidinis) chromosomų rinkinys, zigotoje ir daugelyje iš jos išsivysčiusių somatinių ląstelių - dvigubas (diploidinis). Kai chromosomos neišsiskiria mejozės metu (mejozinė poliploidija), atsiranda poliploidinių lytinių ląstelių (jose būna daugiau kaip vienas chromosomų rinkinys); kai chromosomos neišsiskiria mitozės metu (mitozinė poliploidija), atsiranda poliploidinių somatinių ląstelių.
Apvaisinimo metu diploidinei ląstelei susiliejus su haploidine susidaro triploidinė zigota. Iš jos vystosi triploidas (individas su trigubu chromosomų rinkiniu). Susiliejus dviem diploidinėms lytinėms ląstelėms susidaro tetraploidinė zigota. Iš jos vystosi tetraploidas (individas su keturgubu chromosomų rinkiniu). Panašiai susidaro pentaploidas (su penkiagubu chromosomų rinkiniu), heksaploidas (su šešiagubu chromosomų rinkiniu) ir oktoploidas (su aštungubu chromosomų rinkiniu).
Augalų poliploidija dažna, gyvūnų reta (žinomi kai kurių rūšių pirmuonių, varliagyvių, vabzdžių rūšių poliploidai). Poliploidinės būna kai kurios kepenų, epitelinės, vėžinės ląstelės. Kai kurie poliploidiniai augalai yra didesni už diploidinius, dažnai turi didesnius žiedus ir sėklas, virsta daugiamečiais, būna atsparesni šalčiui. Tokie poliploidai naudojami selekcijoje.
Bulvių genomo tyrimai
Pirkdami bulves turguje šiandien pirkėjai gali grįžti namo su veisle, kurią buvo galima įsigyti dar daugiau nei prieš 100 metų. Ir vis dėlto šis pavyzdys taip pat rodo, kad tarp vyraujančių bulvių veislių trūksta įvairovės.
Tačiau netrukus tai gali pasikeisti: genetiko Korbiniano Schneebergerio vadovaujamiems mokslininkams pavyko atkurti pirmąjį pilną bulvių genomo rinkinį. Tai atveria kelią naujų, atsparesnių veislių selekcijai.
Dėl mažos genetinės įvairovės bulvės ypač jautrios ligoms. Tai gali turėti skaudžių pasekmių, kurios labiausiai pasireiškė per 1840-ųjų badą Airijoje, kai kelerius metus beveik visas bulvių derlius supuvo žemėje, o milijonai žmonių Europoje kentėjo badą vien dėl to, kad vienintelė auginama veislė buvo neatspari naujai atsiradusiam gumbų puviniui.
Šeštajame ir septintajame dešimtmečiuose per Žaliąją revoliuciją mokslininkams ir augalų selekcininkams pavyko gerokai padidinti daugelio pagrindinių mūsų maistinių augalų - pavyzdžiui, ryžių ar kviečių - derlių. Tačiau bulvių derlingumas nepadidėjo, o pastangos išvesti naujas veisles, kurios duotų didesnį derlių, iš esmės nesėkmingos iki šiol.
Priežastis paprasta, tačiau ją sunku įveikti - bulvės iš „tėvo“ ir „motinos“ paveldi ne po vieną kiekvienos chromosomos kopiją, o po dvi kiekvienos chromosomos kopijas, iš kiekvieno iš „tėvų“ - todėl jos priskiriamos rūšiai, turinčiai keturias kiekvienos chromosomos kopijas (tetraploidams). Keturios kiekvienos chromosomos kopijos taip pat reiškia keturias kiekvieno geno kopijas, todėl sukurti naujas veisles, kurios pasižymėtų norimu individualių savybių deriniu labai sudėtinga ir ilgai trunka. Be to, dėl daugybės kiekvienos chromosomos kopijų bulvių genomo rekonstrukcija buvo daug didesnis techninis iššūkis nei žmogaus genomo rekonstrukcija.
Tyrėjai įveikė šią ilgametę kliūtį naudodami paprastą, bet elegantišką triuką. Užuot bandę atskirti keturias, dažnai labai panašias, chromosomų kopijas vieną nuo kitos, K. Schneebergeris kartu su kolega Hequanu Sunu ir kitais bendradarbiais apėjo šią problemą sekvenuodami didelio kiekio atskirų žiedadulkių ląstelių DNR. Skirtingai nei visose kitose ląstelėse, kiekvienoje žiedadulkės ląstelėje yra tik dvi atsitiktinės kiekvienos chromosomos kopijos. Tai palengvino viso genomo sekos atkūrimą.
Apžvelgus visą kultūrinių bulvių DNR seką, galima labai palengvinti selekciją - ir to jau daugelį metų siek tiek mokslininkai, tiek augalų selekcininkai.
„Bulvės tampa vis labiau neatsiejama mitybos raciono dalimi visame pasaulyje, įskaitant net tokias Azijos šalis kaip Kinija, kur ryžiai yra tradicinis pagrindinis maisto produktas. Remdamiesi šiuo darbu, dabar pasitelkę genomą galėsime išvesti naujas bulvių veisles, kurios bus produktyvesnės ir atsparesnės klimato kaitai - tai gali turėti didžiulį poveikį užtikrinant aprūpinimą maistu ateinančiais dešimtmečiais“, - aiškina genetikas.
| Organizmas | Chromosomų skaičius (2n) |
|---|---|
| Žmogus | 46 |
| Katė | 38 |
| Bulvė | 48 |