Transcript การกลายพันธุ์ - คณะเกษตรศาสตร์ มหาวิทยาลัยขอนแก่น

การกลายพ ันธุ ์
(MUTATION)
อ.ดร.จิรว ัฒน์ สนิทชน
ภาควิชาพืชศาสตร์และทร ัพยากรการเกษตร
คณะเกษตรศาสตร์ มหาวิทยาล ัยขอนแก่น
ความหมาย
การกลายพันธุ์
การเปลีย
่ นแปลงล ักษณะพ ันธุกรรม
สามารถถ่ายทอดจากชว่ ั อายุหนึง่ ไปย ัง
อีกชว่ ั อายุหนึง่
พันธุ์
 การกลายพ ันธุร์ ะด ับโครโมโซม
(Chromosome mutation)
 การกลายพ ันธุร์ ะด ับยีน (Gene mutation
หรือ point mutation)
พันธุ์
การแทนทีค
่ เู่ บส (base-pair substitution)
ั (transition)
ิ น
 ทรานซช
ั (transversion)
 ทรานเวอร์ชน
พันธุ์
Source : http://www.mun.ca/biology/scarr/Transitions_vs_Transversions.html
พันธุ์
ั
ั
ิ นและทรานสเวอร์
ภาพที่ 1 การเกิดทรานซซ
ชน
ั (frameshift mutation)
ิ ท์ มิวเทชน
เฟรมชฟ
ั
ิ ท์ มิวเทชน
ภาพที่ 2 การเกิดเฟรมชฟ
พันธุ์
Source : http://kvhs.nbed.nb.ca/gallant/biology/frameshift_mutation.html
พันธุ์
้ เองตามธรรมชาติ (spontaneous mutation)
1. เกิดขึน
- Tautomeric shift
- Ionization
ั า (induced mutation)
2. เกิดจากการชกน
- สงิ่ ก่อกลายพ ันธุท
์ างกายภาพ (physical mutagen)
- สงิ่ ก่อกลายพ ันธุท
์ างเคมี (chemical mutagen)
พันธุ์
หมายถึง การเปลีย
่ นแปลง
ตาแหน่งไฮโดรเจนอะตอม
ในโมเลกุลของเบสของดี
เอ็นเอ ซงึ่ มีผลทาให้
โครงสร้างโมเลกุลของเบส
เปลีย
่ นแปลงจากรูปคีโต
(keto form) ไปเป็นรูป
อีนอล (enol form) หรือ
เปลีย
่ นแปลงจากรูปอะมิโน
(amino form) ไปเป็นรูป
อิมโิ น (imino form)
ิ ท์ใน
ภาพที่ 3 การเกิดปฏิกริ ย
ิ าท ัวโทเมอริกซฟ
โมเลกุลของเบสของดีเอ็นเอ
พันธุ์
ภาพที่ 4 การจ ับคูข
่ องเบสดีเอ็นเอ หล ังเกิดการเปลีย
่ นตาแหน่งของไฮโดรเจนอะตอม
พันธุ์
ภาพที่ 6 การเกิดการกลายพ ันธุเ์ นือ
่ งจากเกิดการเปลีย
่ นตาแหน่งไฮโดรเจนอะตอม ในโมเลกุล
ของอะดินน
ิ
พันธุ์
ปฏิกริ ย
ิ าการก่อให้เกิดไอออน (ionization)
ี
คือ ปฏิกริ ย
ิ าสูญเสย
ไฮโดรเจนอะตอมใน
โมเลกุลของเบสของ
ดีเอ็นเอ ทาให้เกิด
้ มีผลทา
ไอออนขึน
ให้การจ ับคูข
่ องเบส
เปลีย
่ นแปลงไป
ภาพที่ 7 การจ ับคูผ
่ ด
ิ ปกติของไทมินและก ัวนินทีเ่ กิดปฏิกริ ย
ิ าการ
ก่อให้เกิดไออน
พันธุ์
สงิ่ ก่อกลายพ ันธุท
์ างกายภาพ (physical mutagen) ได้แก่
 อุณหภูม ิ
 ร ังส ี แบ่งออกเป็น 2 ประเภทคือ
ี อ
 ร ังสก
่ ให้เกิดไอออน (ionizing radiation) ได้แก่ ร ังส ี
เอ็กซ ์ แกมมา อ ัลฟา เบตา อิเล็กตรอน นิวตรอน โปรตอน
้ อ
และอนุภาคอืน
่ ๆ ทีม
่ ก
ี ารเคลือ
่ นทีเ่ ร็ว ร ังสเี หล่านีม
ี านาจใน
การทะลุทะลวงผ่านสงิ่ ต่างๆ ได้สง
ู
 ร ังสไี ม่กอ
่ ให้เกิดไอออน (nonionizing radiation) ได้แก่
ี ัลตราไวโอเลต ร ังสน
ี ม
ร ังสอ
ี้ อ
ี านาจในการทะลุทะลวงผ่านสงิ่
ต่างๆ ได้ตา
่ กว่าประเภทแรก
พันธุ์
ี อลบีเทคนิค
ภาพที่ 8 ซแ
พันธุ์
ภาพที่ 9 มูลเลอร์-5 เทคนิค
พันธุ์
ภาพที่ 10 การเกิดไทมินไดเมอร์
พันธุ์
สงิ่ ก่อกลายพ ันธุท
์ างเคมี (chemical mutagen)
สารเคมีทม
ี่ ส
ี ต
ู รโครงสร้างคล้ายคลึงก ับเบสชนิด
ต่างๆ ของดีเอ็นเอ (base analogues)
 5-bromouracil หรือ 5 BU
 2-aminnopurine หรือ 2AP
สารเคมีทท
ี่ าให้เกิดการเปลีย
่ นแปลงโครงสร้าง
ของเบส
 กรดไนตร ัส (nitrous acid : HNO2)
ี ามีน (hydroxylamine) และสารทีใ่ ห้
 สารไฮดรอกซล
หมูไ่ ฮดรอกซ ี (OH)
 สารกลุม
่ ทีม
่ ห
ี มูอ
่ ัลคีน (alkylating agents)
พันธุ์
สารเคมีทม
ี่ ส
ี ต
ู รโครงสร้างคล้ายคลึงก ับเบสชนิดต่างๆ
ของดีเอ็นเอ (base analogues)
้ ามารถเข้าแทนที่
สารเคมีเหล่านีส
เบสของดีเอ็นได้ระหว่างทีม
่ ก
ี าร
จาลองโมเลกุลของดีเอ็นเอ (DNA
replication) ซงึ่ มีผลทาให้เกิด
การแทนทีข
่ องเบสชนิดหนึง่ ด้วย
เบสอีกชนิดหนึง่ ทาให้โมเลกุลทีไ่ ด้
ใหม่แตกต่างไปจากเดิม ได้แก่
5-bromouracil หรือ 5 BU
2-aminnopurine หรือ 2AP
ั
ิ นโดย
ภาพที่ 11 การกระตุน
้ ให้เกิดทรานซซ
5 BU
พันธุ์
สารเคมีทท
ี่ าให้เกิดการเปลีย
่ นแปลงโครงสร้างของเบส
ก. กรดไนตร ัส (nitrous acid : HNO2 ) ทาหน้าทีด
่ งึ หมูอ
่ ะมิโนออกจากโมเลกุล
ิ และก ัวนิน
ของเบสอะดินน
ิ ไซโตซน
ภาพที่ 12 ผลของกรดไนตร ัสทีท
่ าให้เกิดการเปลีย
่ นแปลงภายในโมเลกุลของเบส
พันธุ์
ี ามีน (hydroxylamine) และสารทีใ่ ห้หมูไ่ ฮดรอกซ ี (OH)
ข. สารไฮดรอกซล
ิ เปลีย
ทาหน้าทีเ่ ติมหมูไ่ ฮดรอกซใี ห้หมูอ
่ ะมิโน (NH2) ของเบสไซโตซน
่ นเป็น
ิ อะมิโนไซโตซน
ิ ซงึ่ สามารถจ ับคูก
สารไฮดรอกซล
่ ับเบสอะดินน
ิ
ี ามีนต่อโมเลกุลของเบสไซโตชน
ิ
ภาพที่ 13 ผลของไฮดรอกซล
พันธุ์
ค. สารกลุม
่ ทีม
่ ห
ี มูอ
่ ัลคีล (alkylating agents)
ั
ั
1.สารเอธิลอีเทนซลโฟเนต
และ เอธิลมีเทนซลโฟเนต
ทาหน้าทีเ่ ติมหมู่
เอธิลให้ก ับโมเลกุลของเบสก ัวนีน ทาให้มส
ี ต
ู รโครงสร้างคล้ายคลึงก ับ
เบสอะดินน
ิ ซงึ่ จะมีผลทาให้การจ ับคูข
่ องเบสก ัวนินผิดปกติ
ั
ั
ภาพที่ 14 ผลของเอธิลอีเทนซลโฟเนต
หรือเอธิลมีเทนซลโฟเนตต่
อโมเลกุลของเบสก ัวนิน
พันธุ์
2.สารเคมีทม
ี่ ค
ี ณ
ุ สมบ ัติทจ
ี่ ะไปดึง
เบสพวกพิวริน (depurination)
3. สารเคมีทท
ี่ าให้เกิดการเพิม
่
หรือการขาดหายไปของนิวคลี
โอไทด์ในโมเลกุลของดีเอ็นเอ
ี อ
่ โพรฟ
ได้แก่ สย
้ มต่างๆ เชน
ลาวิน (proflavin)และ อะคริ
ดิน ออเรนจ์ (acridine
orange)
ั
ภาพที่ 15 การแทนทีค
่ เู่ บสแบบทรานสเวอร์ชน
พันธุ์
ี หายของโมกุลของดีเอ็นเอ ได้แก่
รูปแบบของการเสย
เกิดการแตกห ักบนสายใดสายหนึง่ หรือทงสองสาย
ั้
ของโมเลกุลดีเอ็นเอ
ี โมเลกุลของเบสไปจากโมเลกุลของ
เกิดการสูญเสย
นิวคลีโอไทด์
เกิดการเปลีย
่ นแปลงของเบสต ัวหนึง่ หรือหลายๆต ัว
ในโมเลกุลของดีเอ็นเอ
สงิ่ ก่อกลายพ ันธุท
์ างกายภาพ ได้แก่ ร ังสเี อกซ ์
ี ัลตร้าไวโอเลต ร ังสแ
ี กมมา
ร ังสอ
พันธุ์
่ มแซมโมเลกุลของดีเอ็นเอ
กลไกการซอ
1.
ั (photoreactivation)
โฟโตรีแอคติเวชน
ั
่ มแซมโมเลกุลของดีเอ็นเอโดยวิธโี ฟโตรีแอคติเวชน
ภาพที่ 16 การซอ
พันธุ์
์ ช
ั แพร์ (excision repair) เป็นกระบวนการซอ
ิ นรี
่ มแซมโมเลกุล
2.เอกซซ
ี หาย
ของดีเอ็นเอทีผ
่ ด
ิ ปกติทว่ ั ไป โดยจะมีการต ัดสว่ นของดีเอ็นเอทีเ่ สย
ออกไปโดยใชเ้ อ็นไซม์ชนิดต่างๆ และจะมีการเติมสว่ นของดีเอ็นเอทีถ
่ ก
ู ต้อง
แทนสว่ นทีถ
่ ก
ู ต ัดออกไป ด ังนี้
่ มแซมโมเลกุลของดีเอ็ นเอทีเ่ สย
ี หายจากร ังส ี UV (UV damage repair)
2.1 การซอ
่ มแซมโมเลกุลของดีเอ็นเอทีเ่ สย
ี หายจากร ังส ี UV (UV damage repair)
ภาพที่ 17การซอ
พันธุ์
่ มแซมโมเลกุลของดีเอ็นเอตาแหน่งที่
2.2 เอพีรแ
ี พร์ (AP repair) เป็นการซอ
ี หายเนือ
เสย
่ งจากมีการดึงโมเลกุลของเบสพวกพิวรีนและไพริมด
ิ น
ี ออกไป
จากนิวคลีโอไทด์ ซงึ่ เรียกตาแหน่งด ังกล่าวว่าตาแหน่งเอพี (AP site)
่ มแซมโมเลกุลของดีเอ็นเอทีผ
ภาพที่ 18การซอ
่ ด
ิ ปกติโดยวิธก
ี ารเอพีรแ
ี พร์
พันธุ์
ั แพร์
2.3 รีคอมบิเนชนรี
(recombination repair) เป็นการ
่ มแซมโมเลกุลของดีเอ็นเอตรง
ซอ
ี หาย โดยต้องมี
ตาแหน่งทีเ่ สย
กระบวนการจาลองโมเลกุลของดีเอ็นเอ
่ มแซมจึง
้ ก่อนกระบวนการซอ
เกิดขึน
เริม
่ ต้นดาเนินการ
ั แพร์
่ มแซมโมเลกุลของดีเอ็นเอทีผ
ภาพที่ 18 การซอ
่ ด
ิ ปกติโดยรีคอมบิเนชนรี
พันธุ์
KDML 105
RD 6
RD 15
พันธุ์