Mutation (การกลายพนธ)

O-Phart Phrathep

B.Sc. (Biology), M.S. (Plant Science)

Department of Biology, Mahidol Wittayanusorn School

การกลายพนธ (Mutation)

การเปลยนแปลงลกษณะทางพนกรรม โดยการเปลยนแปลงล าดบหรอจ านวนเบส

การสงเคราะหโปรตนผดปกต

Phenotype เปลยนแปลงท าให สมช. เปลยนแปลงไป

3

Mutation (การกลาย)(Latin; mūtātus = change)

การเปลยนแปลงของสงมชวต ทสามารถถายทอดไปยงรนตอๆ ไปได (เซลล/ลก)สาเหต1. Spontaneous mutation2. Induced mutation: เกดจาก Mutagen เชน รงส หรอสารเคมตางๆ

ระดบการเกด1. Gene mutation (Point mutation)2. Chromosomal mutation

เซลลทเกด1. เกดท Somatic cell ไมถายทอดผาน sexual reproduction2. เกดท Sex cell (Gamete) ถายทอดผาน sexual reproduction

Mutation แบงตามระดบการเกด

1. Point mutation 2. Chromosomal mutation

: เกดในระดบยน : เกดในระดบโครโมโซม

one allele of a gene changes into a different allele.

typically refer to alterations of single base pairs of DNA or of a small number of adjacent base pairs

1. Point (Gene) Mutation

1.1 Base substitutions 1.2 Frame-shift substitutions

1.1 Base substitutions

การเปลยนแปลงแปลงชนดของเบส

1.2 Frame-shift substitutions

การเพม (insertion)/ลด (deletion) เบส ท าใหกรอบพนธกรรมเลอนไปจากเดม

สาเหตการเกด

a) Spontaneous mutation b) Induced mutation

: เกดขนโดยธรรมชาต : เกดขนโดยการชกน าจาก สารกอกลายพนธ (Mutagen)

การเปลยนต าแหนงของ H ใน N. baseของ C ต าแหนง 3 และ 4 Keto Enol Amino Imino Spontaneously occur

a) Spontaneous mutation

Tautomeric shift:

Tautomeric shift ท าใหเกดการจบคเบสผดพลาด (Mismatched bases) ในการสงเคราะห DNA

Mismatched bases

(a) Mispairs resulting from rare tautomeric forms of the pyrimidines

(b) mispairs resulting from rare tautomeric forms of the purines

Mechanism by which tautomeric shifts in the bases in DNA cause mutations

G = CG* = T

b) Induced mutation: เกดจาก Mutagen

สารเคมตางๆChemical Mutagen Physical Mutagen

รงส เชน UV

Mutation Frequencies Obtained with Various Mutagens in Neurospora

Mutagenic treatmentExposure time

(minutes)Survival (%)

Number of ad-3mutants per 10

6

survivors

No treatment (spontaneous rate) — 100 ~0.4Amino purine (1–5 mg/ml) During growth 100 3Ethyl methane sulfonate (1%) 90 56 25Nitrous acid (0.05 m) 160 23 128X rays (2000 r/min) 18 16 259Methyl methane sulfonate (20 mm) 300 26 350UV rays (600 erg/mm

2per min) 6 18 375

Nitrosoguanidine (25 μm) 240 65 1500ICR-170 acridine mustard (5 μg/ml) 480 28 2287

Physical Mutagen: Radiation

Ionizing radiation Non-Ionizing Radiation

พลงงานและอ านาจทะลทะลวงสง ท าใหเกดอออน ท าใหเกดความเสยหายกบ DNA

พลงงานและอ านาจทะลทะลวงต า ไมท าใหเกดอออน ท าใหเบสใน DNA เปลยนแปลง

Mutation produced by Ionizing radiation

Mutation produced by Non-Ionizing radiation: UV

ท าใหเกด T=T, C=C dimer

Mutation by radiation

Chemical Mutagen

(a) Alkylating agents

(b) Base analog (c) Acridines

(d) Deaminating agent (e) Hydroxylating agent

Base analog

2-aminopurine (2-AP): an analog of adenine

Alkylating agents: ยายหม Alkyl ใหแกเบส

Alter a base, causing specific mispairing EMS (ethyl methanesulfonate) NG (nitrosoguanidine)

HNO2: Deaminating agent

Intercalating agents

flat planar molecules that mimic base pairs can cause single-nucleotide-

pair insertions or deletions เชน สยอมตางๆ

ผลของการเกด Point (gene) Mutation

Silent

Missense

Nonsense

26

โรคโลหตจางชนด Sickle-cell anemia

1. Silent Mutation: the mutation changes one codon for an amino acid into another codonfor that same amino acid.

2. Missense Mutation: the codon for one amino acid is replaced by a codon for another amino acid.

3. Nonsense mutation: the codon for one amino acid is replaced by a translation termination (stop) codon.

28

Frame Shift Mutation

29

2. Chromosomal mutation

มการผดปกตได 2 ประเภท1. ความผดปกตทรปรางของโครโมโซม (Chromosome

structure)2. ความผดปกตทจ านวนโครโมโซม (Chromosome

number)- ขาด/เกน เปนชด (Euploidy)- ขาด/เกน เปนแทง (Aneuploidy)

30

ความผดปกตของรปรางโครโมโซม

Gene (point mutation) Chromosome

Cri Du Chat (Cat Cry) Syndrome โครโมโซมคท 5 บางสวนขาดหายไป ศรษะเลก ใบหนากลมตาเลกอยหางกนและเฉยง ดงจมกแบน ปญญาออน เสนสายเสยง (vocal cord) ผดปกต ท าใหเสยงเลกแหลมคลายเสยงรองของแมว

ลกษณะตาบาร (bar) ในแมลงหว เกดจาก duplication ของโครโมโซม x

2. การเปลยนแปลงจ านวนโครโมโซม

2.1 Euploidy: เปลยนแปลงทงชด2.2 Aneuploidy: เปลยนแปลงจ านวนในชด

3n = triploid4n = tetraploid5n = pentaploid6n = hexaploid

Euploidy: เปลยนแปลงทงชด

มกเปนอนตรายตอสตว ใชประโยชนในการปรบปรงพนธพช

This triploid watermelon

Seedless variety has sweet, yellow flesh

Polyploidization by Colchicine Treatment

Rabbage (radish x cabbage)

Euploidy A. Bread wheat (Triticum aestivum)B. Rye (Secale cereale)C. Triticale (Triticosecale).

Aneuploidy: เปลยนแปลงจ านวนในชด

trisomic-21

http://www.thetech.org/genetics/ask.php?id=31

Trisomy 21

กลมอาการดาวนซนโดรม (Down syndrome) โครโมโซมคท 21 เกนมา 1 แทง (47,+21) รปรางเตย ตาหาง หางตาชขน ลนโตคบปาก คอสนกวาง นวมอนวเทาสน ปญญาออน

43

Down syndrome

เกดจากโครโมโซมคท 21 เกนมา 1 แทง

Trisomy 13 (47, +13) or Patau syndrome

น าหนกตวนอยกวาปกต บางสวนของสมองอาจหายไป สมองพการมาก ปญญาออน ตาขนาดเลก ประสาทตาเจรญไมเตมท หหนวก ปากแหวง เพดานโหว มตงเนอยนจากปลายจมก นวมอและนวเทาเกน ไต หวใจ และอวยวะสบพนธผดปกต มกจะตายภายใน 3 เดอนหลงคลอด

Trisomy 18 –Edward syndrome

น าหนกตวนอย ปญญาออน กลามเนอเกรง ล าตวมขนมาก ศรษะเลกแตทายทอยโหนก คางเลก ใบหใหญ มอก าและนวมอทบกน สนเทายนไปดานหลงมาก มความพการของหวใจ บางคนไตกผดปกตดวย มกตายภายใน 4 เดอนหลงคลอด

45 XO-Turner syndrome

พบในผหญง ลกษณะภายนอกเปนผหญงรปรางเตย หนาแก คอสน มแผนหนงจากตนคอมาจรดหวไหล ตามกผดปกต เชน ตาเหล ตาโปน หรอตาตอกระจกมอและเทามกบวมเนองจากการอดตนของทอน าเหลอง เปนหมน

กลมอาการไคลนเฟลเทอร (Klinefelter syndrome)

เพศชายทมโครโมโซมเพศ X เกนมา โครโมโซมเปน 47, XXY หรอ 48, XXXY หรอ 49, XXXXY หนาอกและสะโพกผาย มสวนสงมากกวาผชายปกต บางคนมสตปญญาต า เปนหมน

50

เกดจากความผดปกตในการแบงเซลลแบบ Meiosis