การเกิดมิวเทชัน (mutation)

mutation DNA เปลี่ยนแปลงไปจากเดิม เช่น เบสเปลี่ยนจากชนิดเดิมเป็นเบสชนิดอื่น, nucleotide ขาดหายไป, nucleotide มีจำนวนเพิ่มขึ้น หรือลำดับของ nucleotide เปลี่ยนไป เป็นต้น

mutation การเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นเป็นมิวเทชันเฉพาะที่ (point mutation) ส่งผลให้ รหัสพันธุกรรมเปลี่ยนไปจากเดิม ลำดับและชนิดของกรดอะมิโนหลังจากตำแหน่งนี้เปลี่ยนไปด้วย สมบัติของโปรตีนหรือ polypeptide ที่สังเคราะห์ขึ้นแตกต่างไปจากเดิม

ระดับการเกิดมิวเทชัน แบ่งเป็น 2 แบบ คือ ยีนมิวเทชัน (gene mutation หรือ point mutation) มิวเทชันระดับโครโมโซม (chromosomal mutation)

Gene mutation แบ่งออกเป็น 2 ประเภทใหญ่ๆ คือ การแทนที่คู่เบส (base-pair mutation) การเพิ่มขึ้นของ nucleotide (insertion) หรือการขาดหายไปของ nucleotide (deletion)

การแทนที่คู่เบส (base-pair mutation) เกิดจากมีเบสใดเบสหนึ่งใน DNA ปกติ ถูกแทนที่โดยเบสอีกชนิดหนึ่ง จึงทำให้ลำดับการเรียงตัวของเบสใน DNA เปลี่ยนแปลงไป ทำให้มีลำดับการเรียงตัวของเบสใน codon เปลี่ยนแปลงไป โปรตีนที่ถูกสังเคราะห์ขึ้นจะเปลี่ยนแปลงไป

การแทนที่คู่เบส (base-pair mutation) แบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ - transition - transversion

transition การเปลี่ยนแปลงของเบสจาก pyrimidine pyrimidine Ex C = G T = A purine purine Ex G = C A = T

transversion การเปลี่ยนแปลงของเบสจาก pyrimidine purine purine pyrimidine Ex C = G A = T

Sickle Cell

ผลของการเกิดมิวเทชัน ได้โปรตีนที่ผิดไปจากเดิม ได้โปรตีนที่เหมือนเดิม ได้โปรตีนที่ไม่สมบูรณ์ เนื่องจากเปลี่ยนไปมาได้

การเพิ่มขึ้นของ nucleotide (insertion) หรือการขาดหายไปของ nucleotide (deletion) มีผลทำให้ลำดับ nucleotide ที่อยู่ในโมเลกุล DNA เกิดการเคลื่อนตัวไปหรือมีรหัสพันธุกรรมเปลี่ยน ส่งผลกระทบต่อการสังเคราะห์สาย polypeptide

insertion หรือ deletion DNA : AAC GAA GCG TGA mRNA : UUG CUU CGC ACU Leu – Leu – Arg – Thr ถ้า A ตัวแรกหายไป (deletion) จะได้ DNA : ACG AAG CGT GA mRNA : UGC UUC GCA CU Cys – Phe – Ala – การเกิด mutation แบบนี้เรียกว่า Frameshift mutation

insertion หรือ deletion ถ้ามีการแทรก GC เข้าไป (insertion) จะเกิด mutation ทำให้สาย polypeptide เปลี่ยนไปหมด เรียกว่า Frameshift mutation เช่นกัน

mutagen สิ่งที่สามารถกระตุ้นหรือชักนำให้เกิดมิวเทชัน Chemical mutagen Physical mutagen Biological mutagen Mutagen หลายชนิดเป็นสารก่อมะเร็ง (carcinogen)

มิวเทชันระดับโครโมโซม (chromosomal mutation) สิ่งมีชีวิตมีความผิดปกติมักแสดงอาการมากกว่า 1 อาการ จึงเรียกว่า ความผิดปกติที่เกิดจากการมิวเทชันระดับโครโมโซมว่า กลุ่มอาการ (syndrome) การมิวเทชันแบบนี้สามารถเห็นได้จากลักษณะฟีโนไทป์

มิวเทชันระดับโครโมโซม (chromosomal mutation) แบ่งออกได้เป็น 2 ประเภท คือ การเปลี่ยนแปลงรูปร่างโครงสร้างภายในของโครโมโซม แบ่งออกเป็น 4 ประเภท คือ 1.1 การขาดหายไปของชิ้นส่วนโครโมโซม (deletion หรือ deficiency) มีส่วนใดส่วนหนึ่งของโครโมโซมขาดหายไป ทำให้ยีนขาดหายไปด้วย ชนิดของยีนและจำนวนยีนที่ขาดหายไป ทำให้สิ่งมีชีวิตต่างกัน

การขาดหายไปของชิ้นส่วนโครโมโซม a b c d e f g h i a b c d e f Ex กลุ่มอาการคริดูชาต์ (cri-du-chat, cat cry syndrome)

a b c d e f g h i a b c d e f e f g h i 1.2 การเพิ่มขึ้นของชิ้นส่วนโครโมโซม (addition หรือ duplication) มีชิ้นส่วนโครโมโซมเพิ่มเข้ามามีผลต่อสิ่งมีชีวิตรุนแรงน้อยกว่าพวกที่มีโครโมโซมขาดหายไป a b c d e f g h i a b c d e f e f g h i Ex การศึกษาลักษณะตาบาร์ (bar) ในแมลงหวี่

Fig. 13.10

1.3 การขาดแล้วต่อกลับชิ้นส่วนโครโมโซม (inversion) ชิ้นส่วที่หักมาต่อกับชิ้นส่วนเดิมแบบกลับหัวท้าย ทำให้ลำดับยีนเปลี่ยนไป a b c d e f g h i a b c d e h g f i

1.4 การเคลื่อนย้ายชิ้นส่วนของโครโมโซม (translocation) ชิ้นส่วนหักแล้วไปต่อแทรกภายในโครโมโซมแท่งเดียวกัน หรือไปต่อกับโครโมโซมแท่งอื่น a b c d e f g h i a b c d h e f g i

2. การเปลี่ยนแปลงจำนวนโครโมโซม

การเปลี่ยนแปลงจำนวนโครโมโซม แบ่งออกได้ 2 ลักษณะ คือ แอนูพลอยดี (aneuploidy) การเปลี่ยนแปลงจำนวนโครโมโซมเพิ่มขึ้นหรือลดลงจากปกติ 1-2 แท่ง (2n+1 หรือ 2n+2) เช่นโรคทางพันธุกรรมที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงจำนวนโครโมโซม

แอนูพลอยดี (aneuploidy) กลุ่มอาการ trisomy 21 หรืออาการดาวน์ (Down syndrome)

กลุ่มอาการ trisomy 13 หรือพาทัว ซินโดรม (Patau syndrome)

กลุ่มอาการ trisomy 18 หรือกลุ่มอาการเอ็ดวาร์ด ซินโดรม (Edward syndrome)

กลุ่มอาการ เทอร์เนอร์ ซินโดรม (Turner syndrome)

กลุ่มอาการไคลน์เฟลเทอร์ (Klinefelter syndrome)

2. ยูพลอยดี (euploidy) การเปลี่ยนจำนวนโครโมโซมเพิ่มหรือลดเป็นจำนวนชุด (2n + n หรือ 2n + 2n) การเปลี่ยนแปลงจำนวนของโครโมโซมเป็นชุดมากกว่า 2 ชุด เรียกว่า พอลิพลอยดี (Polyploidy) อาจจะเกินหรือขาดทั้งชุด เช่น 3n (Triploidy) หรือ 4n (Tetraploidy)

Autopolyploid เกิดจากการผสมในชนิดเดียวกันจึงมีชุดของโครโมโซมที่มีจีโนมเดียวกัน ดังเช่นในกล้วยหอม ซึ่งเป็นทริพพลอยด์ มีชุดของจีโนมเป็น AAA เกิดจากกล้วยป่าที่มีจีโนมเป็น AA เป็นต้น พืชที่เป็นออโตโพลีพลอยด์ นอกจากกล้วยแล้วยังมี มะเขือเทศ ข้าวโพด ลำโพง กาแฟ ถั่วลิสง และมอส เป็นต้น

Allopolyploid เกิดจากการผสมข้ามชนิดจึงทำให้มีจีโนมต่างกัน ดังเช่นกล้วยน้ำว้า เป็นทริพพลอยด์ มีชุดของโครโมโซมหรือจีโนมเป็น AAB เพราะเกิดจากกล้วยป่าที่มีจีโนม AA และกล้วยป่าตานีที่มีจีโนมเป็น BB นอกจากนี้ยังมียาสูบ มันฝรั่ง และกาแฟ เป็นต้น

การทำให้เกิด polyploidy พ่อแม่สร้างเซลล์สืบพันธุ์ที่ไม่ลดจำนวนโครโมโซม ส่วนมากแล้วเป็นเซลล์สืบพันธุ์จากฝ่ายแม่มากกว่าพ่อ เกิดจากการแบ่งเซลล์ในไมโทซิสผิดปกติ โดยอาจเกิดจากเซลล์ร่างกายหรือเกิดในช่วงของการแบ่งเซลล์สืบพันธุ์ ทำให้จำนวนโครโมโซมเพิ่มขึ้นเป็น 2 เท่า

การทำให้เกิด polyploidy การใช้สารเคมี เกิดการยับยั้งการเกิดผนังเซลล์กั้นในช่วงของการแบ่งเซลล์ จะไปทำให้จำนวนโครโมโซมเพิ่มขึ้นเท่าตัว สารเคมีที่นิยมใช้กันมากได้แก่ colchicine นอกจากนี้ยังมี nitrous oxide, Oryzalin Amiprophos methyl และ Podophylin

การทำให้เกิด polyploidy การรวมของเซลล์ร่างกายหรือโปรโตพลาสต์ (somatic protoplast fusion) ของพืช โดยใช้กระแสไฟฟ้าหรือสารเคมี polyethylene glycol