Значение и характерные черты цитоплазматической наследственности у человека

Что такое цитоплазматическая наследственность

Изучается таким разделом биологии как генетика.

Чаще всего такие гены передаются по линии матери: у животных — только по материнской, у растений иногда бывает по мужской.

От обычного наследования по Менделю отличается тем, что потомство получает полностью весь набор генов. А при нормальном наследовании гены расщепляются.

Основные критерии:

1. Расщепляется соматически.
2. Не расщепляется в процессе мейоза (при делении).
3. Передается от одного родителя (преимущественно от матери). Этот пункт особенно детально исследуется, так как есть работы, опровергающие его. Сторонники иного мнения считают, что необходима более крупная выборка потомства, чтобы делать такие заключения.

Когда была открыта

В 1909 году немецкие генетики Карл Корренс и Эрвин Бауэр. Первым считается Бауэр. Он изучал пестролистность растений. Доказал, что хлоропласты — генетический определитель этого эффекта в листьях растений.

Затем изучение продолжили:

1. Французский генетик Борис Эфрусси (работал с дрожжами).
2. Американский генетик Рут Сагер. Она даже построила карту генов хлоропластов зеленой водоросли хламидомонады, хотя никто не верил в серьезность ее исследований.

Позже цитоплазматическую наследственность стали изучать и на примере млекопитающих.

Причины для изучения

1. Одна из причина изучения этого явления — наука филогеография (раздел эволюционной генетики). Развивается с 1990-х годов. Занимается составлением генеалогических групп. По ним распределяются организмы в зависимости от родства по женской линии. Так изучается множество видов организмов, позволяя выявлять виды, подверженные каким-либо мутациям.
2. Другая причина — передача в процессе внеядерного наследования мужской стерильности. Этим эффектом пользуются при селекции растений, чтобы не происходило самоопыления в процессе получения гибридных семян. Такая особенность выявлена у более чем 150 видов растений из 20 семейств.
3. Еще одна причина для изучения нехромосомной наследственности — передача генетических болезней из поколения в поколение у людей. Путем таких мутаций болезни передаются чаще, чем 1 раз на 10000 случаев. То есть очень часто. 

Митохондриальное наследование имеет следствием (при наличии больных генов у матери) передачу по материнской линии (чаще всего) всему потомству различных генетических отклонений и болезней:

1. У человека они обусловлены сильными повреждениями мышечной и нервной системы. Влекут за собой мышечную дистрофию, умственную отсталость, слепоту. Также следствием такого наследования может стать сахарный диабет, расстройство Альцгеймера, сердечные болезни и другое.
2. У растений эти отклонения выражаются в том, что пыльца получается стерильной — не способна к оплодотворению. Было выявлено существование ядерного гена, который восстанавливает оплодотворяемость пыльцы и фертильность растения. 

Какие структуры являются носителями, чем обеспечивается наличие

Существует две основные структуры, с которыми связана большая часть случаев цитоплазматической наследственности:

• пластиды (растительная структура);
• митохондрии (эукариотическая структура).

В этих структурах, как и в ядре, может содержаться ДНК. Эти органоиды самовоспроизводимы, то есть если они исчезают, клетка не может их воспроизвести. При ядерном делении митохондрии и пластиды не передаются дочерним клеткам. Но при цитоплазматическом такая передача возможна: яйцеклетка животных содержит большое количество митохондрий (в цитоплазме).

Пластиды содержатся в жгутиках сперматозоидов, которые растворяются сразу после оплодотворения. Поэтому передача ДНК вне ядер возможна у животных только от матери.

У людей в процессе деления митохондрии ДНК распределяются спонтанно. Если они оказываются поврежденными, то всему потомству передается генетическое заболевание.

У растений происходит пластидное наследование, но тоже, в основном, через материнское растение.

Чтобы передавать генетическую информацию, клетки цитоплазмы должны соответствовать ряду условий:

• входить в жизненно важные структуры клетки;
• быть репродуктивными;
• распределяться в процессе деления;
• быть способными к изменениям и устойчиво передавать эти изменения потомству.

Влияет ли этот тип наследственности на другие виды

Для цитоплазматической наследственности характерно взаимодействие с хромосомной. В результате возникают усложнения в наследовании.

Зато, например, фотосинтез в клетках возможен только благодаря такому сотрудничеству: взаимодействуют хромосомные гены и нехромосомные (элементы цитоплазмы), а также факторы внешней среды.

Примеры цитоплазматической наследственности у растений и животных

У растений:

1. Пестролистность у Ночной красавицы и герани. Например, Бауэр доказал, что если у материнского растения пестрые листья, то и у всего потомства тоже будет наблюдаться пестролистность. А если материнское — с зелеными листьями, а отцовское имеет пестрые, то все потомство будет с зелеными. Растение кипрей, наоборот, передает пестролистность по отцовской линии.
2. Эвглена зеленая, помещенная в темное место, при размножении дает потомство без хлоропластов.
3. Кукуруза. Передает по наследству мужскую стерильность. Это растение — однодомное. Согласно его строению, все женские составляющие заключены в початке, а мужские — в метелке. В ней обнаруживаются недоразвитые пыльники (иногда с такой же пыльцой). Если такие растения опыляются обычной пыльцой, то потомство дают все равно стерильное. Это доказано множеством экспериментов с разной степенью выборки. Признак передается по материнской линии.

 У животных:

1. Прудовик наследует раковину: если материнская была закручена влево, то также будет и у всего ее потомства. Хотя аллель правозакрученности и доминирует на закрученность в левую сторону, но материнская наследственность определяет направление.
2. Интересное явление у животных — партеногенез, то есть способность яйцеклетки самой себя оплодотворять без участия сперматозоидов. Передается по женской линии. Это половой способ размножения, потому что участвует половая женская клетка. Но популяция растет исключительно женским составом особей. Это необходимо для сохранения видов (содействует быстрому росту популяции) и регуляции их полового состава, когда благоприятные внешние условия отсутствуют (в основном вид представляют женские особи). Можно наблюдать у ящериц, пчел, муравьев, членистоногих. Отличается от бесполого размножения (почкованием, делением и т.п.). В отношении к цитоплазматическому наследованию нужно отметить, что этот процесс свойственен только особям женского пола. Бывает соматическим. Например, гаплоидные трутни пчел появляются именно так.