Colección completa de detalles de ploidía cromosómica
Introducción básica Nombre chino: ¿Ploidía cromosómica? Mbth: Ploidía cromosómica Materia: Biología Campo: Citología Clasificación: autopoliploidía, alopoliploidía, aneuploidía Símbolo: n definición, alternancia generacional, proceso ontogenético, especiación, inducción artificial, cambio de ploidía, reproducción, variación cromosómica, sustantivo, oración, definición El número de cromosomas contenidos en los cromosomas de un gametocito normal o de la mitad de una célula somática se denomina conjunto de haploides. El conjunto completo de haplotipos de un organismo se denomina genoma o genoma de ese organismo. Las células con un genoma y los individuos compuestos por dichas células se denominan haploides (n), las células con dos genomas se denominan diploides (2n) y las células con más de dos genomas completos se denominan poliploides, incluidas las triploides (3n) y las tetraploides (4n). . La poliploidía formada por el mismo genoma se llama autopoliploidía y la poliploidía formada por diferentes genomas de diferentes fuentes se llama alopoliploidía. Además, las células o individuos con genomas incompletos se denominan aneuploidía o aneuploidía (ver Aberraciones cromosómicas). Los genomas de muchas plantas contienen los genomas de varias especies ancestrales (especies básicas). El genoma de la especie basal se llama genoma basal, la otra está representada por X, y la cantidad de cromosomas que contiene se llama número cardinal. En consecuencia, una especie que contiene los cromosomas de varias especies ancestrales se denomina especie compuesta, y el número de cromosomas que contiene es 2n = 2 ∑ x. Las especies compuestas también suelen denominarse especies poliploides. Por ejemplo, el trigo blando, a menudo llamado planta diploide (2n), también es una planta alohexaploide. El número de cromosomas de sus células somáticas es 2n=6x=42. En la alternancia de generaciones, durante el proceso de reproducción sexual de los organismos diploides generales, el número de cromosomas diploides originales se reduce a la mitad mediante la meiosis de las células germinales para alcanzar el número haploide. Los gametos femeninos haploides y los gametos masculinos se fertilizan para formar un cigoto diploide. En la historia de vida de los organismos diploides, las células somáticas diploides y las células sexuales haploides forman una alternancia normal. En el reino animal, los óvulos y los óvulos haploides se forman directamente después de la meiosis de las células germinales. En el reino vegetal, la célula madre de esporas del esporofito diploide se forma mediante meiosis, y las esporas forman gametofitos masculinos y femeninos mediante mitosis. Luego los gametofitos producen huevos y/o * * *, y los huevos fertilizados producen cigotos diploides. convertirse en esporofitos. Por lo tanto, en las plantas, los esporofitos diploides y los gametofitos haploides forman una alternancia obvia de generaciones en la historia de vida de un individuo. La alternancia de haploidía y diploidía es un fenómeno común en el proceso de reproducción sexual de los eucariotas. La mayoría de los eucariotas inferiores, como los mohos, son haploides y algunas especies, como Saccharomyces cerevisiae, son diploides. En estos organismos esencialmente unicelulares, a menudo no existe una distinción estricta entre células vegetativas y gametocitos, y sus poliploides se obtienen fácilmente. En plantas superiores a los hongos y las algas, es más difícil cambiar una generación que no puede vivir de forma independiente en una generación que puede vivir de forma independiente. El erudito belga E.L. Mashal et al. regeneraron por primera vez el esporofito diploide de Mar-chantia polymorpha en un gametofito diploide de vida independiente mediante reproducción asexual en 191. El erudito alemán R.von Wettstein utilizó el mismo método para obtener el esporofito octoploide de A. truncatula en 1924. Estos son los primeros ejemplos del uso de la duplicación de cromosomas para cambiar la cantidad de cromosomas en la historia de vida de los organismos. Los esporofitos de las plantas con flores superiores se han convertido en sujetos capaces de vivir independientemente durante la historia de vida individual, mientras que los gametofitos se han vuelto encubiertos, de vida corta y parásitos. Los eruditos indios S. Guha y S. C. Mahesh Wali desarrollaron por primera vez microsporas haploides de Datura datura en plantas mediante cultivo de anteras in vitro en 1964, es decir, transformando gametofitos en esporofitos. Desde la década de 1970, la inducción más sencilla de la haploidía mediante cultivos de ovarios no polinizados ha hecho posible producir artificialmente esporofitos haploides en plantas superiores, mientras que en la naturaleza mediante partenogénesis (o partenogénesis) se obtienen los haploides resultantes. En las plantas con semillas, el endospermo es un tejido triploide formado por la doble fecundación de dos núcleos polares del saco embrionario y un núcleo de espermatozoide. Las células del endospermo también pueden convertirse en plantas triploides mediante cultivo de tejidos. En el reino animal, los huevos fertilizados de las abejas himenópteros se convierten en abejas hembra diploides y abejas obreras, y los huevos no fertilizados se convierten en zánganos haploides. Durante la última etapa de la primera meiosis del dron, todos los cromosomas se concentran en un polo, formando sólo un núcleo no reducido.
Sólo durante la segunda meiosis, los cromosomas de la descendencia se dividen uniformemente en dos polos, de modo que los dos cromosomas aún mantienen números de cromosomas haploides. La mitosis es un fenómeno normal durante la ontogenia y mantiene un número constante de cromosomas durante la proliferación de las células biológicas. Esto se logra mediante la replicación del ácido desoxirribonucleico (ADN) y la posterior división de cromosomas, núcleos y células. Siempre que se altere uno de los pasos, se provocarán diversas anomalías en la mitosis, lo que provocará cambios en la ploidía cromosómica. Si sólo hay replicación del ADN sin la correspondiente división cromosómica y el núcleo celular permanece en la etapa inicial de la mitosis, el resultado será un enorme poligén en las células de las glándulas salivales como Drosophila. Si lo que se inhibe no es la división cromosómica sino la división nuclear, entonces el número de cromosomas en cada célula aumentará exponencialmente, formando endodiploides con diferentes ploidías, lo que se llama endomitosis. La endopoliploidía es bastante común en animales, incluidos los humanos. La tetraploidía suele aparecer en las células del hígado cuando las personas tienen entre 11 y 20 años, y la octoploidía aparece después de los 21 años. La endodiploidía también existe en el núcleo de la pared intestinal de las larvas de Culex quinquefasciatus. El número de cromosomas diploides es 6, mientras que el número en las células de la pared intestinal es 12, 24, 48, 96 e incluso llega a 192. En las plantas, también hay 8n e incluso hasta 32n células poliploides en los tejidos permanentes de los frutos. Si la mitosis se produce únicamente mediante división nuclear sin división celular, el resultado serán células multinucleadas, como las células tapetales de anteras. La fusión de dos núcleos en una célula convierte la célula diploide original en una célula tetraploide. Esto es bastante común en el mundo vegetal y también ocurre en muchos animales. Generalmente se considera que esta es la principal fuente de células poliploides. Las células poliploides se producen a menudo de esta manera en los callos de las plantas. Las células poliploides así formadas pueden dar lugar a organismos poliploides si no interfieren seriamente con la diferenciación de órganos. El grado de diferenciación celular en las plantas es bajo y muchas células que pueden dividirse aún mantienen la totipotencia del desarrollo, aumentando así la posibilidad de que las células poliploides se diferencien en plantas poliploides. Aproximadamente la mitad de las plantas con flores superiores son poliploides (especies compuestas). Los animales inferiores hermafroditas también tienen poliploidía. En especiación, la onagra gigante descubierta por el erudito holandés H. de Fries entre 1886 y 1904 fue posteriormente identificada como un autotetraploide. Las especies autopoliploides naturales son extremadamente raras no sólo en los animales, sino también en el reino vegetal. La alopoliploidía es muy común en el reino vegetal. El erudito danés O. Winer propuso la teoría del origen de la alopoliploidía en 1917, creyendo que era una forma importante de formar especies de plantas después de la hibridación interespecífica y la duplicación de cromosomas. La hibridación interespecífica y la duplicación de los cromosomas híbridos se pueden lograr en poco tiempo, por lo que la aparición y expansión de estas nuevas especies se puede observar en la naturaleza y controlar artificialmente. En 1931, C.L. Huskins informó sobre la aparición y desarrollo de Spartina alterniflora. Una nueva especie de Spartina fue descubierta en la costa sur de Inglaterra en 1870, se expandió a miles de acres en 1902, apareció en la costa francesa en 1906 y luego se extendió por todo el mundo. La espartina fue introducida en China desde el Reino Unido por el ecologista vegetal chino Zhong Chongxin en 1963. A finales de la década de 1970, se había convertido en un pasto importante en los pastos costeros del norte y del sur. Se cree que la nueva especie es un alopoliploide formado por la hibridación natural de la nativa europea Spartina (S. estricto) con 56 cromosomas y la americana Spartina (S. alterniflora) con 70 cromosomas. Su número de cromosomas es 126. es la suma. del número de cromosomas de sus dos especies parentales. Muchas especies de plantas con flores son poliploides (ver tabla). Entre las monocotiledóneas, Araceae, Iris, Agave, Orchidaceae y Cyperaceae representan más del 90% de las especies poliploides. Casi todas las plantas de pasto y bambú son poliploides. El erudito italiano B. Pernice descubrió por primera vez el efecto de la colchicina sobre la mitosis mediante inducción artificial. En 1889, describió que las células que recubren el estómago de los perros eran inhibidas en la metafase por la colchicina, los husos se alteraban, la acción de los cromosomas se paralizaba y la mitosis anormal se detenía en su mayor parte en la metafase. Esta división anormal causada por la colchicina se llama mitosis de colchicina (conocida como C-mitosis). En 1937, el genetista de plantas estadounidense A.F. Blacks utilizó la colchicina para duplicar con éxito el número de cromosomas en la datura y otras plantas. Desde 65438 hasta 0962, el genetista chino Yan utilizó la C-mitosis como indicador para proteger a los agricultores ricos de los pesticidas orgánicos de mercurio, y la utilizó con éxito para duplicar el número de cromosomas en plantas como el arroz, el centeno y los híbridos de trigo y centeno.
En 1932, el genetista vegetal estadounidense L.F. Randolph sometió las mazorcas de maíz fertilizadas a altas temperaturas durante un corto período de tiempo para convertir las células de los embriones inmaduros en tetraploides, obteniendo así toda o parte de una planta de maíz poliploide. Por el contrario, las células poliploides pueden volver al nivel diploide mediante el apareamiento de cromosomas homólogos y la meiosis somática cuando los cromosomas ya no se replican pero la división nuclear y la división celular continúan como de costumbre. En términos generales, las flores haploides son las más pequeñas, seguidas en orden por las flores diploides, triploides y tetraploides. Entre las plantas con flores, la historia de selección de tulipanes (Tulipa), gladiolos (gladiolus) e Iris-jana (Iris-jana) ha demostrado repetidamente que se puede obtener poliploidía seleccionando flores grandes. En términos generales, el crecimiento haploide es peor que el crecimiento diploide, y el crecimiento triploide y tetraploide es mejor o cercano al crecimiento diploide. En términos de órganos seminales, los tetraploides son más grandes que los diploides. Para la reproducción sexual, cualquier especie con una ploidía extraña será estéril debido a la interferencia con la meiosis. Este es el resultado de la aleatoriedad de la distribución haploide que conduce a una gran cantidad de aneuploidías con microsporas grandes y no viables. Para las plantas que no se cosechan para obtener semillas, tiene mucho sentido cultivar tres veces la semilla. Los ejemplos más exitosos de esto son la remolacha azucarera triploide y la sandía triploide sin semillas. La remolacha azucarera tetraploide se utiliza como progenitor femenino y se planta alternativamente con variedades diploides. Por tanto, aproximadamente el 75% de las semillas cosechadas de plantas tetraploides son triploides. En 1953 se promocionó por primera vez en Japón la remolacha azucarera triploide. A principios de la década de 1960, las remolachas azucareras triploides habían reemplazado casi por completo a las variedades diploides originales en Europa occidental. Un cultivar de té tolerante al frío y un cultivar de morera tolerante al frío que se cultivan ampliamente en Japón son triploides, y los dos mejores cultivares de piretro también son naturalmente triploides. Aproximadamente una cuarta parte de las variedades de manzanas en los Estados Unidos son triploides. Los criadores forestales suecos descubrieron que los álamos triploides crecen dos veces más rápido que los álamos comunes. Los plátanos sin semillas son triploides por naturaleza. El genetista de plantas japonés Kihara desarrolló con éxito por primera vez sandías triploides sin semillas en 1951 aprovechando la esterilidad de las triploides. En términos de reproducción de alopoliploides, los estudiosos soviéticos dijeron: Estos poliploides tienden a tener un excelente rendimiento de producción. Por ejemplo, el triticale octoploide formado al duplicar el número de cromosomas de un híbrido entre trigo y centeno tiene las ventajas de una fuerte resistencia al estrés, mazorcas grandes, un alto contenido de proteínas y un fuerte potencial de crecimiento. Sin embargo, también existen graves deficiencias, como una baja tasa de formación de semillas y semillas insuficientes. Por lo tanto, esta cepa alopoliploide artificial debe superar sus deficiencias y ejercer sus ventajas mediante procedimientos de reproducción antes de poder desempeñar un papel en la producción. En 1972, el genetista estadounidense P.S. Carlson y otros utilizaron el método de fusión de protoplastos para fusionar células somáticas de tabaco gris verdoso y tabaco azul verdoso e inducirlas en plantas. El híbrido formado por fusión de células somáticas es idéntico en número de cromosomas, morfología y características fisiológicas al alopoliploide producido por el proceso sexual. Este método puede superar la dificultad de la hibridación a distancia, obteniendo así híbridos entre especies, géneros e incluso familias, abriendo una nueva vía para la reproducción poliploide. Variación cromosómica sustantivo 1. Variación cromosómica: las variaciones en la estructura cromosómica o en el número de cromosomas se pueden observar con un microscopio óptico. 2. Variación estructural cromosómica: se refiere a la deleción (desaparición de un segmento cromosómico), adición (aumento de un segmento cromosómico), inversión (un segmento cromosómico se invierte 180º) o translocación (un segmento cromosómico se transfiere a) y otros cambios en otro cromosoma no homólogo. 3. Variación del número de cromosomas: se refiere a cambios en el número de cromosomas en las células. 4. Genoma: Un grupo de cromosomas de diferentes formas y tamaños en las células reproductivas generalmente se denomina genoma. Hay varios cromosomas con la misma forma en una célula, es decir, hay varios juegos de cromosomas. 5. Diploide: Cualquier individuo con dos cromosomas en una célula somática se llama ~. Como los humanos, las moscas de la fruta y el maíz. La mayoría de los animales y plantas superiores son diploides. 6. Poliploidía: Cualquier individuo con más de tres cromosomas en una célula somática se llama ~. Por ejemplo, las patatas contienen cuatro conjuntos de cromosomas, llamados tetraploides, y el trigo blando contiene seis conjuntos de cromosomas, llamados hexaploides (las células somáticas del trigo blando son 6n, 42 cromosomas, y un conjunto de cromosomas es 3n, 21 cromosomas). ), 7. Diploide: El individuo de cualquier conjunto de cromosomas en una célula somática se llama ~. 8. Haploide se refiere a un individuo cuyas células somáticas contienen la cantidad de cromosomas de gametos de esta especie.
9. Cultivo de anteras in vitro: cruce variedades con diferentes ventajas, cultive flores F1 in vitro para formar plantas haploides, use colchicina para duplicar los cromosomas haploides y seleccione individuos calificados como semillas. Declaración 1. La variación cromosómica incluye variación en la estructura cromosómica (cambios en el número y disposición de los genes en los cromosomas) y variación en el número de cromosomas. 2. Crianza poliploide: a. Motivo: Durante el proceso de mitosis celular, después de que se copian los cromosomas, debido a cambios drásticos en las condiciones externas, la división celular se detiene y el número de cromosomas en la célula se duplica. (Cuando el huso se destruye en las últimas etapas de la mitosis celular, las células pueden regresar a la interfase sin pasar por la anafase, duplicando así el número de cromosomas en la célula). b. Características: alto contenido de nutrientes pero desarrollo lento y poca semilla; tasa de fijación. c. La aplicación de poliploidía inducida artificialmente en el mejoramiento: método común: tratar semillas o plántulas germinadas con colchicina; la colchicina inhibe la formación de husos. Ejemplo: triploidía Sandía sin semillas (la sandía tetraploide se obtiene tratando plántulas de sandía diploides con; la colchicina; las semillas de sandía triploide se obtienen cruzando sandía diploide con sandía tetraploide. La sandía triploide tiene un trastorno de asociación y no puede producir gametos normales. 3. Crianza haploide: Causa de formación: Se forma por el desarrollo directo de células germinales sin fecundación. Por ejemplo, los zánganos de las abejas son animales haploides; las plantas que se desarrollan directamente a partir del polen de maíz son plantas haploides. Características: Crecimiento y desarrollo débiles, alta tasa de infertilidad. Un método común para la reproducción de haploides es el cultivo de anteras in vitro. Importancia: Acorta considerablemente la edad reproductiva. La ventaja de los haploides es que el ciclo de reproducción se acorta considerablemente y la velocidad de reproducción es rápida. Las plantas haploides son diploides homocigotas después de duplicar artificialmente los cromosomas. Sus descendientes no se separan y rápidamente se convierten en nuevas variedades estables. Las semillas cultivadas son absolutamente puras. 4. Generalmente, varios genomas se denominan ploidía. Si un individuo se desarrolla directamente a partir de los gametos de esta especie sin fertilización, entonces se le llama "haploide", sin importar cuántos cromosomas tenga. 5. Los métodos de mejoramiento biológico se resumen a continuación: ① Mejoramiento por mutaciones: tratar organismos con factores físicos o químicos para inducir mutaciones genéticas, aumentar la frecuencia de mutaciones y seleccionar variedades excelentes. Ejemplo: cultivo de cepas productoras de penicilina. (2) Cruce: utilice la recombinación genética producida por la hibridación biológica para combinar los rasgos excelentes de los dos padres para cultivar las variedades excelentes requeridas. Ejemplo: obtención de nuevo trigo enano resistente a la roya cruzando trigo de tallo alto resistente a la roya con trigo enano resistente a la roya (3) Mejoramiento de haploides: obtenga haploides mediante cultivo in vitro de anteras y luego duplique el número de cromosomas mediante inducción artificial. obtener rápidamente homocigotos. La reproducción haploide puede acortar en gran medida el ciclo de reproducción. (4) Mejoramiento poliploide: método para obtener plantas poliploides mediante métodos artificiales y luego utilizar sus mutaciones para generar nuevas variedades. La colchicina se utiliza a menudo para tratar semillas o plántulas en germinación para obtener plantas poliploides. ) Ejemplo: cultivo de sandía triploide sin semillas y triticale octoploide (se cruzan trigo común 6n y centeno 2n para obtener descendencia 4n, y luego se usa colchicina para duplicar el número de cromosomas a 8n, que es un triticale de centeno octoploide).