פוליפלואידי: סוגים, בבעלי חיים, בבני אדם, בצמחים - ביולוגיה - 2025

Polyploidy הוא סוג של מוטציה גנטית הוא התוספת של מערך מלא (סטים) של הכרומוזומים בגרעין התא, יצירת זוגות הומולוגיים. סוג זה של מוטציה כרומוזומלית הוא הנפוץ ביותר מבין euploidias ומאופיין בכך שהגוף נושא שלוש קבוצות כרומוזומים שלמים או יותר.

אורגניזם (בדרך כלל דיפלואיד = 2n) נחשב לפוליפלואיד כאשר הוא רוכש קבוצה אחת או יותר של כרומוזומים. שלא כמו מוטציות נקודתיות, היפוך כרומוזומלי ושכפול, תהליך זה הוא בקנה מידה גדול, כלומר הוא מתרחש על קבוצות שלמות של כרומוזומים.

מקור: Haploid_vs_diploid.svg: עבודה Eberbergderivative: Ehamberg

במקום להיות מפולפל (n) או דיפלואידי (2n), אורגניזם פוליפלואידי יכול להיות טטרפלואיד (4n), אוקטופלואיד (8n), ומעלה. תהליך מוטציה זה נפוץ למדי בצמחים ונדיר אצל בעלי חיים. מנגנון זה יכול להגדיל את השונות הגנטית באורגניזמים ססגוניים שאינם מסוגלים לנוע.

לפוליפלואידי יש חשיבות רבה במונחים אבולוציוניים בקבוצות ביולוגיות מסוימות, שם היא מהווה מנגנון תכוף לייצור מינים חדשים מכיוון שעומס כרומוזומאלי הוא תנאי בירושה.

מתי מתרחשת פוליפלואידיות?

הפרעות במספר הכרומוזומים יכולות להופיע הן בטבע והן באוכלוסיות שהוקמו במעבדה. ניתן לגרום להם גם באמצעות חומרים מוטגניים כגון קולכיצין. למרות הדיוק המדהים של מיוזה, סטיות כרומוזומליות אכן מתרחשות ונפוצות יותר ממה שניתן לחשוב.

פוליפלואידי מתעורר כתוצאה מכמה שינויים שיכולים להתרחש במהלך מיוזה או בחלוקה המיוטית הראשונה או במהלך נבואה, בהם כרומוזומים הומולוגיים מסודרים בזוגות ליצירת טטראדים וחיבור של זה האחרון מתרחש במהלך אנאפאסה I.

מראה מינים חדשים

פוליפלואידי חשוב מכיוון שזו נקודת מוצא שמקורה במינים חדשים. תופעה זו מהווה מקור חשוב לשונות גנטית, מכיוון שהיא מולידה מאות או אלפי לוקוסים משוכפלים שנותרים חופשיים לקבל פונקציות חדשות.

בצמחים זה חשוב במיוחד ונפוץ למדי. ההערכה היא כי למעלה מ- 50% מהצמחים הפורחים מקורם בפוליפלואידי.

ברוב המקרים, פוליפלואידים נבדלים מבחינה פיזיולוגית מהמינים המקוריים וכתוצאה מכך הם יכולים ליישב סביבות עם מאפיינים חדשים. מינים חשובים רבים בחקלאות (כולל חיטה) הם פוליפלואידים ממוצא היברידי.

סוגי פוליפלואידיות

ניתן לסווג פוליפלואידיות לפי מספר קבוצות הכרומוזומים השלמות הקיימות בגרעין התא.

במובן זה, אורגניזם המכיל "שלוש" קבוצות של כרומוזומים הוא "טריפלויד", "טטרה-פלואיד" אם הוא מכיל 4 סטים של כרומוזומים, פנטפלואיד (5 סטים), הקספלואידיות (6 סטים), הפטפלואיד (שבעה סטים), אוקטופלואיד (שמונה סטים) משחקים), nonaploidae (תשעה משחקים), decaploid (10 משחקים) וכן הלאה.

מצד שני, ניתן לסווג פוליפלואידיות גם לפי מקור ההקצאות הכרומוזומליות. בסדר רעיונות זה, אורגניזם יכול להיות: אוטו-פלופיד או אלופולופלויד.

אוטו-פלופיד מכיל כמה קבוצות של כרומוזומים הומולוגיים שמקורם באותו אדם או מאדם השייך לאותו המין. במקרה זה, פוליפלואידים נוצרים על ידי איחוד של גמים לא מופחתים של אורגניזמים תואמים גנטית, אשר מקוטלגים כאותו המין.

אלופולופלואיד הוא אורגניזם המכיל קבוצות כרומוזומים לא-הומולוגיים עקב הכלאה בין מינים שונים. במקרה זה, פוליפלואידיות מתרחשת לאחר הכלאה בין שני מינים קשורים.

פוליפלואידיות בבעלי חיים

פוליפלואידי הוא נדיר או נדיר אצל בעלי חיים. ההשערה הנפוצה ביותר שמסבירה את התדירות הנמוכה של מינים פוליפלואידים בבעלי חיים גבוהים יותר היא שמנגנונים מורכבים של קביעת מין תלויים באיזון עדין מאוד במספר כרומוזומי המין האוטוזומים.

רעיון זה אושר למרות צבר ראיות מבעלי חיים שקיימים כפוליפלואידים. בדרך כלל היא נצפתה בקבוצות בעלי חיים נמוכים יותר כמו תולעים ומגוון רחב של תולעי שטוח, בהן בדרך כלל יש לאנשים גונדות זכריות ונקביות, מה שמקל על הפריה עצמית.

מינים עם המצב האחרון נקראים הרמפרודיטים תואמים עצמיים. מצד שני, זה יכול להופיע גם בקבוצות אחרות שנקבותיהן יכולות להוליד צאצאים ללא הפריה, דרך תהליך הנקרא פרתנוגנזה (שאינה מרמזת על מחזור מיני מיוטי תקין)

במהלך הפרתנוגנזה, צאצאים מיוצרים בעיקרון על ידי חלוקה מיטוטית של תאי ההורים. זה כולל מינים רבים של חסרי חוליות כמו חיפושיות, איזופודים, עש, שרימפס, קבוצות שונות של ערבינידים, וכמה מינים של דגים, דו-חיים וזוחלים.

בניגוד לצמחים, מפרט באמצעות פוליפלויד הוא אירוע חריג אצל בעלי חיים.

דוגמאות אצל בעלי חיים

המכרסם Tympanoctomys barriere הוא מין טטראפלואיד שיש בו 102 כרומוזומים לתא סומטי. יש לזה גם השפעה "ענקית" על הזרע שלך. מין allopolyploid זה ככל הנראה מקורו בהתרחשותם של כמה אירועי הכלאה בין מיני מכרסמים אחרים כמו אוקטומיס מימקס ופיפאנאקוקטומיס אוראוס.

פוליפלואידיות בבני אדם

פוליפלואידיות אינן שכיחות בחוליות ונחשבות לא רלוונטיות בגיוון של קבוצות כמו יונקים (בניגוד לצמחים) בגלל שיבושים המתרחשים במערכת קביעת המין ומנגנון פיצוי המינון.

בערך חמישה מכל 1000 בני אדם נולדים עם ליקויים גנטיים חמורים המיוחסים לחריגות כרומוזומליות. עוברים עוד יותר עם פגמים כרומוזומליים להפלה, ורבים אחרים אף פעם לא מגיעים ללידה.

פוליפלואידיות כרומוזומליות נחשבות קטלניות בבני אדם. עם זאת, בתאים סומטיים כמו הפטוציטים, כ- 50% מתוכם הם בדרך כלל פוליפלואיד (טטראפלואיד או אוקטפלואיד).

הפוליפלואידים הנמצאים בתדירות הגבוהה ביותר במין שלנו הם טריפלואידיות וטטרפלואידים מלאים, כמו גם דיפלואידים / טריפלואידים (2n / 3n) ודיפלואידים / טטרפלואידים (2n / 4n).

בשני האחרונים אוכלוסיה של תאים דיפלואידים רגילים (2n) קיימת בכפיפה אחת עם אוכלוסייה שיש בה 3 או יותר מכפולים חצובים של כרומוזומים, למשל: טריפלויד (3n) או טטרפלואיד (4n).

טריפואידיות וטרטרפלודיה בבני אדם אינם קיימים בטווח הארוך. ברוב המקרים דווח על מוות בלידה או אפילו מספר ימים לאחר הלידה, המשתנה בין פחות מחודש למקסימום של 26 חודשים.

פוליפלואידי בצמחים

קיומו של יותר מגנום אחד באותו גרעין מילא תפקיד חשוב במקורם ובאבולוציה של צמחים, בהיותו אולי השינוי הציטוגנטי החשוב ביותר במפרט הצמחים ובאבולוציה. צמחים היו השער לידע של תאים עם יותר משתי קבוצות של כרומוזומים לכל תא.

מתחילת ספירת הכרומוזומים נצפתה כי מגוון גדול של צמחים פראיים ומעובדים (כולל כמה מהחשובים שבהם) הם פוליפלואידים. כמעט מחצית המינים הידועים של angiosperms (צמחים פורחים) הם פוליפלואידים, כמו גם רוב השרכים (95%) ומגוון רחב של אזובים.

נוכחות פוליפלוידיות בצמחי התעמלות היא נדירה ומשתנה מאוד בקבוצות של אנגיוספרמות. באופן כללי, צוין כי צמחים פוליפלואידים הינם בעלי יכולת הסתגלות גבוהה, ויכולים לתפוס בתי גידול אשר אבותיהם הדיפלואידים לא הצליחו. יתר על כן, צמחים פוליפלואידים עם עותקים גנומיים יותר צוברים "שונות" גדולה יותר.

בתוך צמחים, אולי-האלופולופלואידים (הנפוצים ביותר באופיים) מילאו תפקיד מהותי במפרט ובקרינה אדפטיבית של קבוצות רבות.

שיפור גננות

בצמחים, פוליפלואידיות יכולות לנבוע מכמה תופעות שונות, אולי השכיחות ביותר היא שגיאות בתהליך המיוזה שמולידים גמטות דיפלואידים.

יותר מ- 40% מהצמחים המעובדים הם פוליפלואידים, ביניהם אספסת, כותנה, תפוחי אדמה, קפה, תותים, חיטה, בין היתר, ללא קשר בין ביות לפוליפלוידיות של הצמחים.

מאז שיושם קולכיצין כסוכן להשראת פוליפלואידי, הוא שימש בצמחי יבול משלוש סיבות:

- לייצר פוליפלואידיות במינים חשובים מסוימים, כניסיון להשיג צמחים טובים יותר, מכיוון שבפוליפלואידים יש בדרך כלל פנוטיפ שיש בו גידול בולט של "ג'יגה-בייט" בגלל העובדה שיש מספר גדול יותר של תאים. זה איפשר התקדמות בולטת בגננות ובתחום השיפור הגנטי של הצומח.

-לפוליפלוידיזציה של כלאיים וכי הם חוזרים לפוריות בצורה כזו שתוכנן מחדש או מסונתזות כמה מינים.

ולבסוף, כדרך להעביר גנים בין מינים עם דרגות שונות של תריסון או בתוך אותו המין.

דוגמאות בצמחים

בתוך צמחים, פוליפלואיד טבעי בעל חשיבות רבה ומעניין במיוחד הוא חיטה לחם, Triticum aestibum (הקספלואידי). יחד עם שיפון, נבנה במכוון פוליפלואיד בשם "Triticale", כל-פוליפלואיד עם הפריון הגבוה של החיטה ויציבותו של שיפון, שיש לו פוטנציאל רב.

חיטה בצמחים מעובדים הייתה חיונית להפליא. ישנם 14 מינים של חיטה שהתפתחו על ידי allopolyploidy, והם מהווים שלוש קבוצות, אחת מתוך 14, אחרת של 28 ואחרונה של 42 כרומוזומים. הקבוצה הראשונה כוללת את המינים העתיקים ביותר של הסוג T. monococcum ו- T. boeoticum.

הקבוצה השנייה מורכבת מ -7 מינים ונובעת ככל הנראה מהכלאה של T. boeoticum עם מין של עשב בר מסוג אחר הנקרא אגילופס. המעבר מייצר היברידית סטרילית נמרצת שבאמצעות כפילות כרומוזומים יכולה לגרום לאל-טראוטאופוליד פורה.

הקבוצה השלישית הכוללת 42 כרומוזומים היא המקום בו נמצאים חיטת הלחם, אשר ככל הנראה מקורם בהכלאה של מין טרטראופוליד עם מין אחר של אגילופס, ואחריו שכפול של השלמה הכרומוזומלית.

הפניות

1. Alcántar, JP (2014). פוליפלואידי וחשיבותו האבולוציונית. חסרון בעיות וטכנולוגיה, 18: 17-29.
2. Ballesta, FJ (2017). כמה שיקולים ביו-אתיים ביחס לקיומם של מקרים של בני אדם עם טטראפלואידיה או טריפלואיד מוחלטים, שנולדו בחיים. Studia Bioethica, 10 (10): 67-75.
3. קסטרו, ס., ולורייו, ג'(2014). תפקיד הרבייה במוצאם ובאבולוציה של צמחים פוליפלואידים. מגזין אקולוגי, 23 (3), 67-77.
4. פרימן, ש. הרון, ג'יי.סי (2002). ניתוח אבולוציוני. פירסון חינוך.
5. היצ'ינס, CFI (2010). מקורם הגנטי והגיאוגרפי של המכרסם הטטראפלואיד Tympanoctomys barriere (Octodontidae), מבוסס על ניתוח רצפי ציטוכרום b של המיטוכונדריה (עבודת דוקטורט, המכון לאקולוגיה).
6. היקמן, סי. פ., רוברטס, ל.ס., קין, ס.ל., לארסון, א., אניסון, ה. אייזנהור, די.ג'יי (2008). עקרונות משולבים של זואולוגיה. ניו יורק: מקגרו היל. 14 ^th Edition.
7. Pimentel Benítez, H., Lantigua Curz, A., and Quiñones Maza, O. (1999). Myxoloidy דיפלואיד-טטראפלואיד: דו"ח ראשון במסגרת ההגדרה שלנו. כתב העת הקובני לרפואת ילדים, 71 (3), 168-173.
8. שיפינו-ויטמן, מ.ט. (2004). פוליפלואידי והשפעתו על מקורם והתפתחותם של צמחים פראיים ומעובדים. מגזין אגרוציניה הברזילאי, 10 (2): 151-157.
9. סוזוקי, DT; גריפית'ס, AJF; מילר, ג'יי H & Lewontin, RC (1992). מבוא לניתוח גנטי. מקגרו היל אינטרמריקנה. 4 ^th Edition.