การกลายพันธุ์ (MUTATION) อ.ดร.จิรวัฒน์ สนิทชน ภาควิชาพืชศาสตร์และทรัพยากรการเกษตร คณะเกษตรศาสตร์ มหาวิทยาลัยขอนแก่น

การกลายพันธุ์ ความหมาย การเปลี่ยนแปลงลักษณะพันธุกรรม สามารถถ่ายทอดจากชั่วอายุหนึ่งไปยังอีกชั่วอายุหนึ่ง พันธุ์

ระดับการกลายพันธุ์ การกลายพันธุ์ระดับโครโมโซม (Chromosome mutation) การกลายพันธุ์ระดับยีน (Gene mutation หรือ point mutation) พันธุ์

การแทนที่คู่เบส (base-pair substitution) ทรานซิชัน (transition) ทรานเวอร์ชัน (transversion) พันธุ์

Source : http://www.mun.ca/biology/scarr/Transitions_vs_Transversions.html พันธุ์

ภาพที่ 1 การเกิดทรานซิซันและทรานสเวอร์ชัน

ภาพที่ 2 การเกิดเฟรมชิฟท์ มิวเทชัน เฟรมชิฟท์ มิวเทชัน (frameshift mutation) ภาพที่ 2 การเกิดเฟรมชิฟท์ มิวเทชัน พันธุ์

Source : http://kvhs. nbed. nb. ca/gallant/biology/frameshift_mutation พันธุ์

การเกิดการกลายพันธุ์ เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ (spontaneous mutation) - Tautomeric shift - Ionization 2. เกิดจากการชักนำ (induced mutation) - สิ่งก่อกลายพันธุ์ทางกายภาพ (physical mutagen) - สิ่งก่อกลายพันธุ์ทางเคมี (chemical mutagen) พันธุ์

พันธุ์ ปฏิกิริยาทัวโทเมอริกชิฟท์ (tautomeric shift) หมายถึง การเปลี่ยนแปลงตำแหน่งไฮโดรเจนอะตอมในโมเลกุลของเบสของดีเอ็นเอ ซึ่งมีผลทำให้โครงสร้างโมเลกุลของเบสเปลี่ยนแปลงจากรูปคีโต (keto form) ไปเป็นรูป อีนอล (enol form) หรือเปลี่ยนแปลงจากรูปอะมิโน (amino form) ไปเป็นรูป อิมิโน (imino form) ภาพที่ 3 การเกิดปฏิกิริยาทัวโทเมอริกซิฟท์ใน โมเลกุลของเบสของดีเอ็นเอ พันธุ์

พันธุ์ ปฏิกิริยาทัวโทเมอริกชิฟท์ (tautomeric shift) ภาพที่ 4 การจับคู่ของเบสดีเอ็นเอ หลังเกิดการเปลี่ยนตำแหน่งของไฮโดรเจนอะตอม พันธุ์

พันธุ์ ปฏิกิริยาทัวโทเมอริกชิฟท์ (tautomeric shift) ภาพที่ 6 การเกิดการกลายพันธุ์เนื่องจากเกิดการเปลี่ยนตำแหน่งไฮโดรเจนอะตอม ในโมเลกุล ของอะดินิน พันธุ์

ปฏิกิริยาการก่อให้เกิดไอออน (ionization) คือ ปฏิกิริยาสูญเสียไฮโดรเจนอะตอมในโมเลกุลของเบสของดีเอ็นเอ ทำให้เกิดไอออนขึ้น มีผลทำให้การจับคู่ของเบสเปลี่ยนแปลงไป ภาพที่ 7 การจับคู่ผิดปกติของไทมินและกัวนินที่เกิดปฏิกิริยาการ ก่อให้เกิดไออน พันธุ์

การกลายพันธุ์ที่เกิดจากการชักนำ (induced mutation) สิ่งก่อกลายพันธุ์ทางกายภาพ (physical mutagen) ได้แก่ อุณหภูมิ รังสี แบ่งออกเป็น 2 ประเภทคือ รังสีก่อให้เกิดไอออน (ionizing radiation) ได้แก่ รังสีเอ็กซ์ แกมมา อัลฟา เบตา อิเล็กตรอน นิวตรอน โปรตอน และอนุภาคอื่นๆ ที่มีการเคลื่อนที่เร็ว รังสีเหล่านี้มีอำนาจในการทะลุทะลวงผ่านสิ่งต่างๆ ได้สูง รังสีไม่ก่อให้เกิดไอออน (nonionizing radiation) ได้แก่ รังสีอัลตราไวโอเลต รังสีนี้มีอำนาจในการทะลุทะลวงผ่านสิ่งต่างๆ ได้ต่ำกว่าประเภทแรก พันธุ์

ภาพที่ 8 ซีแอลบีเทคนิค พันธุ์

ภาพที่ 9 มูลเลอร์-5 เทคนิค พันธุ์

ภาพที่ 10 การเกิดไทมินไดเมอร์ พันธุ์

สิ่งก่อกลายพันธุ์ทางเคมี (chemical mutagen) สารเคมีที่มีสูตรโครงสร้างคล้ายคลึงกับเบสชนิดต่างๆ ของดีเอ็นเอ (base analogues) 5-bromouracil หรือ 5 BU 2-aminnopurine หรือ 2AP สารเคมีที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของเบส กรดไนตรัส (nitrous acid : HNO2) สารไฮดรอกซีลามีน (hydroxylamine) และสารที่ให้หมู่ไฮดรอกซี (OH) สารกลุ่มที่มีหมู่อัลคีน (alkylating agents) พันธุ์

สารเคมีที่มีสูตรโครงสร้างคล้ายคลึงกับเบสชนิดต่างๆ ของดีเอ็นเอ (base analogues) สารเคมีเหล่านี้สามารถเข้าแทนที่เบสของดีเอ็นได้ระหว่างที่มีการจำลองโมเลกุลของดีเอ็นเอ (DNA replication) ซึ่งมีผลทำให้เกิดการแทนที่ของเบสชนิดหนึ่งด้วยเบสอีกชนิดหนึ่ง ทำให้โมเลกุลที่ได้ใหม่แตกต่างไปจากเดิม ได้แก่ 5-bromouracil หรือ 5 BU 2-aminnopurine หรือ 2AP ภาพที่ 11 การกระตุ้นให้เกิดทรานซิซันโดย 5 BU พันธุ์

พันธุ์ สารเคมีที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของเบส ก. กรดไนตรัส (nitrous acid : HNO2 ) ทำหน้าที่ดึงหมู่อะมิโนออกจากโมเลกุลของเบสอะดินิน ไซโตซิน และกัวนิน ภาพที่ 12 ผลของกรดไนตรัสที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงภายในโมเลกุลของเบส พันธุ์

ข. สารไฮดรอกซีลามีน (hydroxylamine) และสารที่ให้หมู่ไฮดรอกซี (OH) ทำหน้าที่เติมหมู่ไฮดรอกซีให้หมู่อะมิโน (NH2) ของเบสไซโตซิน เปลี่ยนเป็นสารไฮดรอกซิลอะมิโนไซโตซินซึ่งสามารถจับคู่กับเบสอะดินิน ภาพที่ 13 ผลของไฮดรอกซีลามีนต่อโมเลกุลของเบสไซโตชิน พันธุ์

ค. สารกลุ่มที่มีหมู่อัลคีล (alkylating agents) 1.สารเอธิลอีเทนซัลโฟเนต และ เอธิลมีเทนซัลโฟเนต ทำหน้าที่เติมหมู่เอธิลให้กับโมเลกุลของเบสกัวนีน ทำให้มีสูตรโครงสร้างคล้ายคลึงกับเบสอะดินิน ซึ่งจะมีผลทำให้การจับคู่ของเบสกัวนินผิดปกติ ภาพที่ 14 ผลของเอธิลอีเทนซัลโฟเนต หรือเอธิลมีเทนซัลโฟเนตต่อโมเลกุลของเบสกัวนิน พันธุ์

พันธุ์ 2.สารเคมีที่มีคุณสมบัติที่จะไปดึงเบสพวกพิวริน (depurination) 3. สารเคมีที่ทำให้เกิดการเพิ่มหรือการขาดหายไปของนิวคลีโอไทด์ในโมเลกุลของดีเอ็นเอ ได้แก่ สีย้อมต่างๆ เช่น โพรฟลาวิน (proflavin)และ อะคริดิน ออเรนจ์ (acridine orange) ภาพที่ 15 การแทนที่คู่เบสแบบทรานสเวอร์ชัน พันธุ์

การซ่อมแซมดีเอ็นเอ (DNA repair) รูปแบบของการเสียหายของโมกุลของดีเอ็นเอ ได้แก่ เกิดการแตกหักบนสายใดสายหนึ่งหรือทั้งสองสายของโมเลกุลดีเอ็นเอ เกิดการสูญเสียโมเลกุลของเบสไปจากโมเลกุลของนิวคลีโอไทด์ เกิดการเปลี่ยนแปลงของเบสตัวหนึ่งหรือหลายๆตัวในโมเลกุลของดีเอ็นเอ สิ่งก่อกลายพันธุ์ทางกายภาพ ได้แก่ รังสีเอกซ์ รังสีอัลตร้าไวโอเลต รังสีแกมมา พันธุ์

กลไกการซ่อมแซมโมเลกุลของดีเอ็นเอ โฟโตรีแอคติเวชัน (photoreactivation) ภาพที่ 16 การซ่อมแซมโมเลกุลของดีเอ็นเอโดยวิธีโฟโตรีแอคติเวชัน พันธุ์

2.เอกซ์ซิชันรีแพร์ (excision repair) เป็นกระบวนการซ่อมแซมโมเลกุลของดีเอ็นเอที่ผิดปกติทั่วไป โดยจะมีการตัดส่วนของดีเอ็นเอที่เสียหายออกไปโดยใช้เอ็นไซม์ชนิดต่างๆ และจะมีการเติมส่วนของดีเอ็นเอที่ถูกต้องแทนส่วนที่ถูกตัดออกไป ดังนี้ 2.1 การซ่อมแซมโมเลกุลของดีเอ็นเอที่เสียหายจากรังสี UV (UV damage repair) ภาพที่ 17การซ่อมแซมโมเลกุลของดีเอ็นเอที่เสียหายจากรังสี UV (UV damage repair) พันธุ์

2.2 เอพีรีแพร์ (AP repair) เป็นการซ่อมแซมโมเลกุลของดีเอ็นเอตำแหน่งที่เสียหายเนื่องจากมีการดึงโมเลกุลของเบสพวกพิวรีนและไพริมิดีนออกไปจากนิวคลีโอไทด์ ซึ่งเรียกตำแหน่งดังกล่าวว่าตำแหน่งเอพี (AP site) ภาพที่ 18การซ่อมแซมโมเลกุลของดีเอ็นเอที่ผิดปกติโดยวิธีการเอพีรีแพร์ พันธุ์

2.3 รีคอมบิเนชันรีแพร์ (recombination repair) เป็นการซ่อมแซมโมเลกุลของดีเอ็นเอตรงตำแหน่งที่เสียหาย โดยต้องมีกระบวนการจำลองโมเลกุลของดีเอ็นเอ เกิดขึ้นก่อนกระบวนการซ่อมแซมจึงเริ่มต้นดำเนินการ ภาพที่ 18 การซ่อมแซมโมเลกุลของดีเอ็นเอที่ผิดปกติโดยรีคอมบิเนชันรีแพร์ พันธุ์

KDML 105 RD 6 RD 15 พันธุ์