POLIPLOIDIJA: VRSTE, U ŽIVOTINJAMA, KOD LJUDI, U BILJKAMA - BIOLOGIJA - 2025

Poliploidije je vrsta genetičkih mutacija, je dodavanje cjelokupnom (kompletne setove) kromosoma u jezgri stanica, za formiranje homolognih para. Ova vrsta kromosomske mutacije najčešća je od euploidija, a karakterizira je činjenica da tijelo nosi tri ili više cjelovitih skupa kromosoma.

Organizam (obično diploid = 2n) smatra se poliploidnim kada stekne jedan ili više kompletnih skupova kromosoma. Za razliku od točkastih mutacija, kromosomskih inverzija i umnožavanja, ovaj je proces velikih razmjera, to jest, događa se na kompletnim skupovima kromosoma.

Izvor: Haploid_vs_diploid.svg: Ehambergderivativni rad: Ehamberg

Umjesto haploidnog (n) ili diploidnog (2n), poliploidni organizam može biti tetraploidni (4n), oktoloidni (8n) ili veći. Ovaj postupak mutacije prilično je čest u biljkama i rijedak je kod životinja. Ovaj mehanizam može povećati genetsku varijabilnost u sjedećim organizmima koji se ne mogu kretati.

Poliploidija je u evolucijskom smislu od velike važnosti u određenim biološkim skupinama, gdje predstavlja čest mehanizam za stvaranje novih vrsta, jer je kromosomsko opterećenje nasljedno stanje.

Kada se javlja poliploidija?

Poremećaji broja kromosoma mogu se pojaviti i u prirodi i u laboratorijski uspostavljenim populacijama. Također se mogu inducirati s mutagenim agensima kao što je kolhicin. Unatoč nevjerojatnoj preciznosti mejoze, kromosomske aberacije se javljaju i češće su nego što se možda može pomisliti.

Poliploidija nastaje kao rezultat nekih izmjena koje se mogu dogoditi tijekom mejoze bilo u prvom mejotskom odjeljenju ili tijekom profaze, u kojima su homologni kromosomi organizirani u parove kako bi tvorili tetrade, a tijekom nastanka neusaglašavanja posljednjeg anafaza I.

Pojava novih vrsta

Poliploidija je važna jer predstavlja polazište za podrijetlo novih vrsta. Ovaj je fenomen važan izvor genetske varijacije, jer stvara stotine ili tisuće duplikata koji su slobodni za dobivanje novih funkcija.

U biljkama je to posebno važno i prilično rašireno. Procjenjuje se da je više od 50% cvjetnica nastalo iz poliploidije.

U većini slučajeva poliploidi se fiziološki razlikuju od izvornih vrsta i zbog toga mogu kolonizirati okruženja s novim karakteristikama. Mnoge važne vrste u poljoprivredi (uključujući pšenicu) su poliploidi hibridnog porijekla.

Vrste poliploidije

Poliploidije se mogu razvrstati prema broju kompletnih skupova kromosoma prisutnih u staničnoj jezgri.

U tom smislu, organizam koji sadrži "tri" seta kromosoma je "triploid", "tetraploid" ako sadrži 4 skupa kromosoma, pentaploid (5 setova), heksaploid (6 setova), heptaploid (sedam setova), oktoploid (osam igre), nonaploidae (devet igara), dekaploid (10 igara) i tako dalje.

S druge strane, poliploidije se također mogu klasificirati prema podrijetlu kromosomskih darova. U ovom redoslijedu ideja organizam može biti: autopoliploid ili alopoliploid.

Autopolyploid sadrži nekoliko skupina homolognih kromosoma dobivenih od iste jedinke ili od jedinke koja pripada istoj vrsti. U ovom slučaju, poliploidi nastaju sjedinjenjem ne reduciranih gameta genetski kompatibilnih organizama koji su katalogizirani kao ista vrsta.

Alopoliploid je onaj organizam koji sadrži nehomološke skupove kromosoma uslijed hibridizacije između različitih vrsta. U ovom se slučaju poliploidija javlja nakon hibridizacije dviju srodnih vrsta.

Poliploidija u životinja

Poliploidija je kod životinja rijetka ili rijetka. Najrasprostranjenija hipoteza koja objašnjava nisku učestalost poliploidnih vrsta u višim životinjama je da njihovi složeni mehanizmi određivanja spola ovise o vrlo osjetljivoj ravnoteži u broju spolnih kromosoma i autosoma.

Ova ideja zadržana je unatoč gomilajućim dokazima o životinjama koje postoje kao poliploidi. Obično se primjećuje u nižim skupinama životinja poput glista i širokog spektra ravnih glista, gdje pojedinci obično imaju muške i ženske spolne žlijezde, što olakšava samoplodnju.

Vrste s ovim posljednjim stanjem nazivaju se samokompatibilni hermafroditi. S druge strane, može se javiti i u drugim skupinama čije ženke mogu dati potomstvo bez oplodnje, postupkom koji se naziva partenogeneza (što ne podrazumijeva normalan mejotski seksualni ciklus)

Tijekom partenogeneze, potomstvo se u osnovi proizvodi mitotičkom podjelom roditeljskih stanica. To uključuje mnoge vrste beskralježnjaka poput buba, izopoda, moljaca, kozica, raznih skupina pauka, te nekih vrsta riba, vodozemaca i gmazova.

Za razliku od biljaka, specifikacija kroz poliploidiju izniman je događaj kod životinja.

Primjeri kod životinja

Glodavac Tympanoctomys barriere je tetraploidna vrsta koja ima 102 kromosoma po somatskoj stanici. Također ima "gigantski" učinak na vašu spermu. Ova alopoliploidna vrsta vjerojatno potječe od pojave nekoliko događaja hibridizacije drugih vrsta glodavaca, poput Octomys mimax i Pipanacoctomys aureus.

Poliploidija u ljudi

Poliploidija je kod kralježnjaka neuobičajena i smatra se nevažnom u diverzifikaciji skupina poput sisavaca (za razliku od biljaka) zbog poremećaja koji se javljaju u sustavu određivanja spola i mehanizmu kompenzacije doze.

Procjenjuje se da je pet od svakih 1000 ljudi rođeno s ozbiljnim genetskim oštećenjima koja se mogu pripisati kromosomskim nepravilnostima. Čak i više embrija s kromosomskim defektima pobačaju, a mnogi više nikada to ne čine.

Hromosomske poliploidije smatraju se smrtonosnim kod ljudi. Međutim, u somatskim stanicama poput hepatocita oko 50% njih je normalno poliploidno (tetraploidni ili oktaploidni).

Najčešće otkrivene poliploidije u našoj vrsti su kompletne triploidije i tetraploidije, kao i diploidni / triploidni (2n / 3n) i diploidni / tetraploidni (2n / 4n) mixoploidi.

U potonjem, populacija normalnih diploidnih stanica (2n) koegzistira s drugom koja ima 3 ili više haploidnih višestrukih kromosoma, na primjer: triploid (3n) ili tetraploid (4n).

Triploidije i tetraplodija u ljudi nisu dugoročno održivi. Smrt pri rođenju ili čak nekoliko dana nakon rođenja zabilježena je u većini slučajeva, a varira od manje od jednog mjeseca do najviše 26 mjeseci.

Poliploidija u biljkama

Postojanje više genoma u istoj jezgri igralo je važnu ulogu u nastanku i razvoju biljaka, što je možda najvažnija citogenetska promjena u biljnoj specifikaciji i evoluciji. Biljke su bile vrata poznavanja stanica s više od dva niza kromosoma po stanici.

Od početka broja kromosoma zabilježeno je da je mnoštvo divljih i kultiviranih biljaka (uključujući neke od najvažnijih) poliploidno. Gotovo polovica poznatih vrsta pokrivača (cvjetnice) su poliploidne, jednako većina paprati (95%) i velika raznolikost mahovine.

Prisutnost poliploidije u biljkama gymnosperm je rijetka i vrlo varijabilna u skupinama angiosperma. Općenito, istaknuto je da su poliploidne biljke vrlo prilagodljive i sposobne su zauzimati staništa koja njihovi diploidni preci nisu mogli. Nadalje, poliploidne biljke s više genskih kopija akumuliraju veću „varijabilnost“.

U biljkama su možda alopoliploidi (najčešće u prirodi) igrali temeljnu ulogu u specifikaciji i adaptivnom zračenju mnogih skupina.

Poboljšanje hortikulture

U biljkama poliploidija može poticati iz nekoliko različitih pojava, a najčešće su pogreške u procesu mejoze koje dovode do diploidnih gameta.

Više od 40% kultiviranih biljaka su poliploidi, a među njima su lucerna, pamuk, krumpir, kava, jagode, pšenica, među ostalim, bez povezanosti pripitomljavanja i poliploidije biljaka.

Budući da je kolhicin primijenjen kao sredstvo za izazivanje poliploidije, u usjevima biljaka koristi se iz tri razloga:

- Da se generira poliploidija kod određenih važnih vrsta, kao pokušaj dobivanja boljih biljaka, jer u poliploidima obično postoji fenotip u kojem je značajan rast „gigabajta“ zbog činjenice da postoji veći broj stanica. To je omogućilo značajan napredak u hortikulturi i na polju biljnog genetskog poboljšanja.

-Za poliploidizaciju hibrida i na taj način da oni povrate plodnost na način da neke vrste redizajniraju ili sintetiziraju.

- I na kraju, kao način prijenosa gena između vrsta s različitim stupnjem plodnosti ili unutar iste vrste.

Primjeri u biljkama

U biljkama je prirodni poliploid od velike važnosti, a posebno je zanimljiv krušna pšenica, Triticum aestibum (hexaploid). Uz raž, namjerno je izgrađen poliploid zvan „tritikale“, alopoliploid visoke produktivnosti pšenice i robusnosti raži koji ima veliki potencijal.

Pšenica je u kultiviranim biljkama izuzetno važna. Postoji 14 vrsta pšenice koje su evoluirale alopoliploidijom i tvore tri skupine, jedna od 14, druga 28 i posljednja od 42 kromosoma. U prvu skupinu spadaju najstarije vrste roda T. monococcum i T. boeoticum.

Drugu skupinu čini 7 vrsta i očito potječe od hibridizacije T. boeoticum s divljom biljnom vrstom drugog roda zvanim Aegilops. Križanjem nastaje snažan sterilni hibrid koji umnožavanjem kromosoma može rezultirati plodnim alotetraploidima.

Treća skupina od 42 kromosoma nalazi se u kruhu od pšenice, koja je vjerojatno nastala hibridizacijom tertraploidne vrste s drugom vrstom Aegilops, nakon čega je slijedilo umnožavanje kromosomskog komplementa.

Reference

1. Alcántar, JP (2014). Poliploidija i njezina evolucijska važnost. Pitanja manjka i tehnologija, 18: 17-29.
2. Ballesta, FJ (2017). Neka bioetička razmatranja u vezi s postojanjem slučajeva ljudskih bića s potpunom tetraploidijom ili triploidijom, rođenih živim. Studia Bioethica, 10 (10): 67-75.
3. Castro, S., i Loureiro, J. (2014). Uloga reprodukcije u nastanku i evoluciji poliploidnih biljaka. Časopis Ecosistemas, 23 (3), 67-77.
4. Freeman, S i Herron, JC (2002). Evolucijska analiza Pearson Education.
5. Hichins, CFI (2010). Genetičko i geografsko podrijetlo tetraploidnog glodavaca Tympanoctomys barriere (Octodontidae) na temelju analize mitohondrijskih citokromskih b sljedova (doktorska disertacija, Institut za ekologiju).
6. Hickman, C. P, Roberts, LS, Keen, SL, Larson, A., I´Anson, H. i Eisenhour, DJ (2008). Integrirani principi zoologije. New York: McGraw-Hill. 14 ^th Edition.
7. Pimentel Benítez, H., Lantigua Curz, A. i Quiñones Maza, O. (1999). Diploid-tetraploidna miksoloidija: prvo izvješće u našem okruženju. Cuban Journal of Pediatrics, 71 (3), 168-173.
8. Schifino-Wittmann, MT (2004). Poliploidija i njezin utjecaj na podrijetlo i razvoj divljih i kultiviranih biljaka. Brazilski časopis agrociencia, 10 (2): 151-157.
9. Suzuki, DT; Griffiths, AJF; Miller, J. H & Lewontin, RC (1992). Uvod u genetsku analizu. McGraw-Hill Interamericana. 4 ^th Edition.