มิวเทชัน (mutation)

(MUTATION)มวเทชน

ครฉววรรณ นาคบตร โรงเรยนบานสวน(จนอนสรณ) ชลบร

มวเทชน หรอการกลายพนธ หมายถงการเปลยนแปลงลกษณะพนธกรรมและลกษณะทเปลยนแปลง สามารถจะถายทอดจากชวอายหนงได แบงออกเปน 2 ระดบคอ 1.มวเทชนระดบโครโมโซม(chromosome mutation) คอการกลายพนธทเกดจากการเปลยนแปลงโครโมโซม อาจจะเปนการเปลยนแปลงโครงสรางของโครโมโซมหรอการเปลยนแปลงจ านวน โครโมโซม2. มวเทชนระดบยน(gene mutation หรอpoint mutation) คอการเปลยนแปลงจากยนหนงไปเปนอกยนหนงซงเปนผลจาก การเปลยนแปลงนวคลโอไทดในโมเลกลของดเอนเอ

มวเทชน (MUTATION)

ครฉววรรณ นาคบตร

การกลายพนธในระดบยน เกดจากการเปลยนแปลงนวคลโอไทดในดเอนเอ แบงออกเปน 2 ชนด 1. การแทนทคเบส (base pair substitution ) คอ การแทนทคเบสในสายโพล

นวคลโอไทดของดเอนเอ แบงออกเปน 2 ชนด คอ 1.1 ทรานซชน (transition) คอ การแทนทเบสพวรน(A,G) ตวหนงดวยเบส

พวรนอกตวหนง หรอเบสไพรมดน(T,C) ตวหนงดวยเบสไพรมดนอกตวหนง 1.2 ทรานสเวอรชน (transversion) คอ การแทนทเบสพวรนดวยเบสไพรมดน

หรอ เบสไพรมดนถกแทนทดวยเบสพวรน

ครฉววรรณ นาคบตร

การเกดมวเทชนเฉพาะท

ครฉววรรณ นาคบตร

ผลทจากการเกดการแทนทคเบส

อาจท าใหสายพอลเพปไทดสนลงเมอเปนรหสหยด หรอ สายยาวขนเมอรหสหยดถกเปลยน อาจสงเคราะหกรดอะมโนตวเดม หรอตวใหมกได พอลเพปไทด อาจมคณสมบตเหมอนเดม หรอ เปลยนไป เชน โรค sickle cell anemia เกดจากกรดอะมโนตวท 6 ของสายบตา เปลยนจาก กรดกลตามก เปน วาลน ท าใหเมดแดงเปนรปเคยว

ครฉววรรณ นาคบตร

http://www.mwit.ac.th/~bio/script/mutation.pdf

โรคโลหตจางชนดซกเคลเซลลเกดจากการเปลยนแปลงล าดบเบสในยนเปนตวอยางของการเกดมวเทชน

ครฉววรรณ นาคบตร

การเกดมวเทชนเฉพาะท แบบการแทนทของคเบส

ครฉววรรณ นาคบตร

2. เฟรมชฟท มวเทชน (frameshift mutation) คอ การกลายพนธทเกด

จากการสญเสย หรอการเพมนวคลโอไทด 1 นวคลโอไทดหรอมากกวา หรอมทงการเพมและการขาดของนวคลโอไทดในสายพอลนวคลโอไทดของดเอนเอ ท าใหการถอดรหสพนธกรรมเปลยนแปลงไป

การกลายพนธในระดบยน

ครฉววรรณ นาคบตร

ครฉววรรณ นาคบตร

การเกดการมวเทชนแบงออกไดเปน 2 ชนดคอ1. มวเทชนทเกดขนเองในธรรมชาต (spontaneous

mutation)อาจเกดขนเนองจากรงส สารเคม อณหภมในธรรมชาต ซงสงตางๆเหลานท าใหเกดการเปลยนต าแหนงไฮโดรเจนอะตอมในโมเลกลของ เบส(tautomeric shift)หรอการสญเสยไฮโดรเจนอะตอมในโมเลกลของเบส(ionization)ท าใหการจบคของเบสผดไปจากเดมมผลท าใหเกดการแทนทคเบสแบบทรานซชนหรอทรานสเวอรชน ท าใหรหสพนธกรรมเปลยนไป แตอตราการเกดมวเทชนชนดนจะต ามากเชน เกดในอตรา 10-6 หรอ10-5

การเกดมวเทชน

ครฉววรรณ นาคบตร

2.การมวเทชนทเกดจากการชกน า(induced mutation)เปนการกลายพนธทเกดจากมนษยใชสงกอกลายพนธ(mutagen)ชกน าใหเกดขนซงสงกอกลายพนธมดงน

2.1. สงกอกลายพนธทางกายภาพ(physical mutagen)

2.2 สงกอกลายพนธทางเคม(chemical mutagen)

ครฉววรรณ นาคบตร

2.1. สงกอกลายพนธทางกายภาพ(physical mutagen)ไดแก อณหภม รงสตางๆ รงสสามารถแบงออกไดเปน 2 ประเภท ดงน ก.รงสทกอใหเกดไอออน(ionizing radiation) รงสประเภทนมอ านาจในการทะลทะลวงผานเนอเยอไดสง ซงมกจะท าใหเกดการแตกหกของโครโมโซม ท าใหเกดการเปลยนแปลงของโครโมโซมรงสเหลานไดแก รงสแอลฟา เบตา แกมมา นวตรอน หรอรงสเอกซ ข.รงสทไมกอใหเกดไอออน(non ionizing radiation) รงสประเภทน มอ านาจในการทะลทะลวงผานเนอเยอไดต ามกจะท าใหเกดไทมนไดเมอร (thymine dimer) หรอไซโทซนไดเมอร(cytosine dymer) รงสประเภทนไดแกรงสอลตราไวโอเลต(UV)

ครฉววรรณ นาคบตร

ก. สารเคมทมสตรโครงสรางคลายคลงกบเบสชนดตางๆของดเอนเอ (base analogues) ซงสามารถเขาแทนทเบสเหลานนไดระหวางทเกดการจ าลองโมเลกลของ ดเอนเอ ท าใหเกดการแทนทคเบสและรหสพนธกรรมทเปลยนแปลงไปสารเคมเหลาน ไดแก 5-โบรโมยราซล ,2-อะมโนพวรน5-โบรโมยราซล มสตรโครงสรางคลายคลงกบไทมน เมอเกดการจ าลองโมเลกลของดเอนเอจะสามารถเขาไปแทนทไทมนได และสามารถเกดtautomericหรอionizationไดซงเมอเกดแลวแทนทจะจบค กบอะดนน จะไปจบคกบกวานน เมอมการจ าลองโมเลกลตอไปอกจะท าใหเกดการแทนทคเบสขนได

2.2 สงกอกลายพนธทางเคม (chemical mutagen) ไดแกสารเคมตางๆซงมหลายชนด เชน

ครฉววรรณ นาคบตร

ข. สารเคมทท าใหเกดการเปลยนแปลงสตรโครงสรางของเบสซงมผลท าใหเกด การแทนทคเบสเชนเดยวกน ท าใหรหสพนธกรรมเปลยนแปลงไปสารเคมเหลานไดแก กรดไนตรส ไฮดรอกซลลามน ไนโตรเจนมสตาด เอธลมเทนซลโฟเนตกรดไนตรส จะท าหนาทดงหมอะมโนออกจากโมเลกลของเบสอะดนน ไซโทซน และกวานน ท าใหเบสอะดนนเปลยนเปนไฮโปแซนทน ซงสามารถจบคกบเบสไซโทซนได เบสไซโทซนเปลยนเปนยราซลซงสามารถจบคกบเบสอะดนนได และเบสกวานน เปลยนเปนแซนทน ซงสามารถจบคกบเบสไซโทซนไดดงนนเมอเกดการจ าลองโมเลกลของดเอนเอจะท าใหเกดการแทนทคเบสแบบทรานซชน

ครฉววรรณ นาคบตร

ค. สารเคมทท าใหเกดการเพมและการขาดของนวคลโอไทดในโมเลกลของ ดเอนเอซงมผลท าใหรหสพนธกรรมเปลยนแปลงไป สารเคมเหลานไดแก สยอมเชน อะครดน ออเรนจ ,โพรฟลาวน โมเลกลของอะครดน ออเรนจ หรอโพรฟาวน สามารถเขาไปแทรกอยระหวางนวคลโอไทดในโมเลกลของดเอนเอหรอท าใหโมเลกลของนวคลโอไทดทถกแทรกโดย อะครดน ออเรนจ หรอโพรฟาวนหลดออกมา เมอมการจ าลองโมเลกลของดเอนเอ จะไดโมเลกลของดเอนเอทมการเพมของนวคลโอไทดและการขาดหายไปของนวคลโอไทด ยนทเปลยนแปลงไปนอาจจะกลายเปนยนเดนหรอยนดอยกได หรออาจท าใหเกดการตายขนได(lethal gene)

มวทาเจนหลายชนด เปน สารกอมะเรง(carcinogen)

ครฉววรรณ นาคบตร

ปจจยทท าใหเกดมวเทชนตวกระตนหรอตวชกน าใหเกดมวเทชน เรยกวา สงกอกลายพนธ (mutagen) เชน1. รงส (radiation) เชน รงสแกมมา รงสเอกซ รงสอลตราไวโอเลต2. สารเคม (chemical substance) เชน สารคลอชซน(colchicine) มผลท า ใหจ านวนชดโครโมโซมเพมขนเปน tetraploid(4n) เนองจากสารนไปท าลาย ไมโทตก สปนเดล ในระยะเมทาเฟส3. ไวรส (virus) ท าใหเกดเนองอกและมะเรง สงกอกลายพนธ ซงเปนอนตรายตอสารพนธกรรมของสงมชวตทกชนดรวมทงมนษยดวย มวทาเจนหลายอยางเปนสารกอมะเรง(carcinogen) ซงเกยวของกบการเปลยนแปลงทางพนธกรรมของเซลลรางกาย เซลลสบพนธ

ครฉววรรณ นาคบตร

คดหนอย ?

เราสามารถสงเกตมวเทชนทเกดขนภายในเซลลดวยกลองจลทรรศนไดหรอไม

ค าตอบ

ไมได แตสามารถวเคราะหไดจาก ฟโนไทป และจากพนธประวต

ครฉววรรณ นาคบตร

มวเทชนระดบโครโมโซม(chromosome mutation)ดไดจากฟโนไทป พนธประวต และ คารโอไทป1. เปลยนแปลงโครงสรางโครโมโซม - บางสวนหายไป เชน แขนสนของโครโมโซมคท 5 หายไป ท าใหกลายเปน

กลมอาการครดชาต ( cri du chat syndrome )- บางสวนหกแลวตอกลบหวกลบหาง หรอ บางสวนไปแลกเปลยนกบคอน เชน Beckwith-Wiedemann syndrome เกดจากการทมชนสวนโครโมโซมเพมขนมาในแขนขางสนของโครโมโซมคท 11 ซงอาจไดรบมาจากพอหรอแมเดกจะมล าตวใหญเมอคลอด ล าตวเจรญเรวกวาศรษะเพราะอวยวะภายในมขนาดใหญ ไตมกเสยสภาพการท างาน สะดอโปน

ครฉววรรณ นาคบตร

ลกษณะของผปวยคอ มปญญาออนศรษะเลกกวาปกตการเจรญเตบโตชาหนากลม ใบหอยต ากวาปกตและคนไขมเสยงรองแหลมคลายเสยงแมวรอง พบในเดกหญงมากกวาเดกชาย

ครฉววรรณ นาคบตร

2. เปลยนแปลงจ านวนโครโมโซม มกเกดจาก non-disjunction

1) เกดกบ autosome เชน คท 13 เกนมา 1 แทง (trisomy 13 : 47 แทง)= Patau syndrome

คท 18 เกนมา 1 แทง (trisomy 18 : 47 แทง)=Edwards syndrome คท 21 เกนมา 1 แทง (trisomy 21 : 47 แทง)=Down syndrome

เพม-ลดเปนแทง

ครฉววรรณ นาคบตร

เดกทมอาการดาวน

ครฉววรรณ นาคบตร

โรคเอดเวรด ซนโดรม มชอเรยกทวๆไปอกอยางหนงคอ อ ไตรโซมเอดเวรด ซนโดรม( E trisomy , Edward’s syndrome) อาการของโรค ลกษณะผดปกต ทารกทคลอดออกมามกเปนเพศหญง ลกษณะอาการทพบไดคอ ความผดปกตของกระโหลกศรษะดานหลง คอศรษะยาวและทายทอยยน ใบหนาใหญและเปนเหลยม ตาชดกน ปากและกรามเลก ขนาดศรษะเลก (Microcephaly) มรอยพบยนทเปลอกตาดานนอก (espiscanthal folds) ต าแหนงใบหต ากวาปกต อาจพบวามปากแหวงเพดานโหว หลงคอเปนลอน และมการเกรงของกลามเนอ แขนเกรงอยในทางอ เทางอขนอาจมความผดปกตแตเมอก ามอนวชและนวกอยจะเกยทบนวกลางและนวนาง จากการเกรงตวของกลามเนอ อาจมความผดปกตแตก าเนดของหวใจและไต ทส าคญอกอยางหนง คอประมาณรอยละ 80 ทพบเปนหญง มกตายตงแตอายยงนอย ทารกสวนมากจะเสยชวตภายใน 1 ป

ครฉววรรณ นาคบตร

Edward’s syndrome

ครฉววรรณ นาคบตร

กลมอาการเอดเวรด (Edward's syndrome)

ครฉววรรณ นาคบตร

การเปลยนแปลงจ านวนโครโมโซมมกจะเกดขนเมอมการแบงเซลลแบบไมโอซสผดปกต โดยฮอมอโลกสโครโมโซมจะไมแยกออกจากกนในระยะแอนาเฟสของ ไมโอซส I หรอ ไมโอซส II โครโมโซมจงเคลอนยายไปยงขวเดยวกนของเซลล เรยกกระบวนการนวา นอนดสจงชน (non-disjunction)

ครฉววรรณ นาคบตร

2) เกดกบ sex chromosomeเชน ผหญงมโครโมโซมเพศเปน X (45 แทง)= Turner syndrome

ผหญงมโครโมโซมเพศเปน XXX (47 แทง)= Triple X syndrome ผชายมโครโมโซมเพศเปน XYY (47 แทง)= double Y syndrome ผชายมโครโมโซมเพศเปน XXY, XXXY, XXXXY(47,48,49 แทง)

= Klinefelter syndrome

ครฉววรรณ นาคบตร

กลมอาการเทอรเนอร (Turner’s syndrome) และคารโอไทป

ทมา: http://health.kapook.com/view16735.htmlครฉววรรณ นาคบตร

โรคเทอรเนอร จะเกดเฉพาะกบเพศหญงเทานน พบครงแรกในป ค.ศ.1938 โดยนายแพทย Henry Hubert Turner และพบเดกเปนโรคนตงแตแรกเกดในอตรา 1 ตอ 2,000 คน นอกจากเดกหญงทเปนโรคเทอรเนอร จะเปนหมนแลว ลกษณะภายนอกทเหนไดชดของผปวยโรคนกคอ จะมอาการปญญาออน ทบรเวณคอมพงผดกางเปนปก (Web Neck) หนาอกแบนกวาง เตานมเลก หวนมอยหางกน เหยยดแขนไดไมตรง เพราะปลายแขนจะกางออก มอเทาบวม และตวเตยแมมอายเทากบคนปกตทวไป ไมมอาการเขาสวยสาว คอ เตานมไมโตขน ไมมประจ าเดอน ฯลฯ อยางไรกตาม ในผทมลกษณะของกลมอาการเทอรเนอร จะตองอยในความดแลของแพทย เพราะผทเปนโรคเทอรเนอร จะมความผดปกตของระบบหวใจและหลอดเลอด ระบบไต ระบบทางเดนปสสาวะรวมดวย ท าใหเสยงตอโรคตาง ๆ ตามมา เชน โรคหวใจ โรคเบาหวาน โรคไต โรคไทรอยด และเมอโรคนเกดจากความผดปกตของโครโมโซม จงไมมหนทางใดจะรกษาอาการใหหายขาดได ไดแตเพยงการบรรเทาอาการตาง ๆ ใหเปนนอยลงเทานน ครฉววรรณ นาคบตร

เพม-ลดเปนชด เรยกภาวะ polyploidy ถาพบในพชจะท าใหมขนาดใหญขน ดอก ผลโตขน สรางสารมากขน และถาเปนเลขค(3x ,5x,………) จะ meiosisไมได ท าใหเปนพชไรเมลด สวนในสตวมกตายตงแตระยะเอมบรโอ

polyploidy เปนสาเหตหนงของการววฒนาการของสงมชวต ถาเพมจากโครโมโซมพนฐานชดเดยวกนเรยกวาออโตพอลพลอยด (autopolyploid) ถาตางชดกนหรอตางสปชสกน เรยกวาอลโลพอลพลอยด(allopolyploid)

ครฉววรรณ นาคบตร

ตวอยาง autopolyploid กลวยหอม ซงเปนทรพพลอยด มชดของจโนมเปน AAA เกดจากกลวยปาทมจโนมเปน AA เปนตน พชทเปนออโตโพลพลอยด นอกจากกลวยแลวยงม มะเขอเทศ ขาวโพด ล าโพง กาแฟ ถวลสง และมอส เปนตน

ครฉววรรณ นาคบตร

ตวอยาง allopolyploid เชนกลวยน าวา เปนทรพพลอยด มชดของโครโมโซมหรอจโนมเปน ABB เพราะเกดจากกลวยปาทมจโนม AA และกลวยปาตานทมจโนมเปนBB นอกจากนยงมยาสบ มนฝรง และกาแฟ เปนตน

ครฉววรรณ นาคบตร

กลวยกลาย (AAB) กลวยน าวา (ABB) กลวยหกมก (ABB) กลวยเทพรส (ABBB) เกดโพลพลอยดหลงจากการเกดการผสมของกลวยปา M. acuminataColla มจโนมAAกบกลวยตาน M. balbisiana Colla จโนมBBซงอยแถบอนเดย และตอมาไดมการเคลอนยายไปปลกในประเทศตาง ๆ

ครฉววรรณ นาคบตร

พชทเปน polyploid ในทางการเกษตรมเปนจ านวนมาก พวกนเกดจากการ double chromosome ในตวเอง คอในขณะแบงเซลลแบบ meiosis เกดการผดพลาดขนในธรรมชาต โดย chromosome มไดลดลงกงหนง ท าใหได egg cell ทเปน diploid เมอผสมกบเกสรทเปน diploid เชนกน กจะได tetraploidซงเปน fertile สามารถสบพนธตอไปได จงมเหลอมาถงปจจบน จะสงเกตวาพวก polyploid ทเปนเลขคเทานน ทสบพนธตอไปได เพราะตอนแบงเซลลแบบ meiosis มนเขาคกนได สวนพวก polyploid ทเปนเลขค จะเปนหมนและสญพนธไป ในพชปลกมมากมาย เชน ขาวสาล ฝาย ฯลฯ พวกนจะมขนาดใหญกวา diploid ปกต ใหผลผลตสงกวา จงมกไดรบเลอกไวท าพนธตอไป

ครฉววรรณ นาคบตร

การทกลวยทเปนพอลพลอยดสามารถมชวตอยไดน สวนใหญพราะพชดงกลาวสามารถขยายพนธแบบไมใชเพศ ดงเชนในกลวยมการแยกหนอไปปลกได จงท าใหมการกระจายพนธไปยงทตาง ๆ ในเวลาตอมา

ท าไมกลวยทเปน polyploid ทเปนเลขค ยงสามารถมชวตอย และสามารถกระจายพนธไปได

คดหนอย

ครฉววรรณ นาคบตร

Polyploid ในพชปลกทเดน ๆ คอ ขาวสาล และฝาย ในขาวสาลแบงไดเปนหลายพวก สปชสตาง ๆ แลวแตระดบ Ploidy มตงแต 2X 4X และ 6X ขาวสาลทน ามาท าขนมเคก เปนพวก 6X ท าขนมปงเปนพวก 4X พวก pasta เปนพวก 2X ฝายทชาวบานปลกและน ามาทอผานนเปนพวก 6X ปจจบนวงการพนธศาสตร ใช X แทนเบสคเซทของโครโมโซม เชน 2n=4x ไมใช n ดงในอดต เพราะ n และ 2n ใชแสดงสภาวะวาเปน sex cell หรอ somatic cell เทานน

สตวน าทเปนหมน จะดทตวเมยไมเเบงพลงงาน ไปใชในกระบวนการสบพนธ ท าใหเจรญเตบโตไดเทาตวผเชน กงกามกราม ตวผตวโตกวาตวเมย

ครฉววรรณ นาคบตร

การเกดพอลพลอยดพอลพลอยด อาจเกดขนไดทงจากธรรมชาตและมนษยสรางขน

การเกดพอลพลอยดเกดไดจากกลไก ดงตอไปน

3. เกดจากการทไขถกผสมโดยสเปรมมากกวา 1 ตว หรอเมอเกดการแบงเซลลแบบไมโอซส ผดปกตในเกสรตวผ

1. เกดจากการแบงเซลลในไมโทซสผดปกต โดยอาจเกดจากเซลลรางกายหรอเกดในชวงของการแบงเซลลสบพนธ ท าใหจ านวนโครโมโซมเพมขนเปน 2 เทา

2. เกดจากการแบงเซลลแบบไมโอซสผดปกต ท าใหไดเซลลสบพนธไมมการลดจ านวนโครโมโซมลงครงหนงในไมโอซส 1 (unreduced gamete) ท าใหไดเซลสบพนธทเปน 2n

ครฉววรรณ นาคบตร

วธการท าใหเกดพอลพลอยด

1. การเกดตามธรรมชาต ปรากฏการณธรรมชาต เชน ฟารอง ฟาผา พาย สามารถท าใหเกดการเปลยนแปลงจ านวนและรปรางของโครโมโซมได

ซงพบวามพชพอลพลอยดใน Angiosperm มาตงแตโบราณกาล พอลพลอยดทพบมทงออโตพอลพลอยด และอลโลพอลพลอยด ดงเชน กลวยหอม AAA เกดมาจากกลวยปาในพนทแถบมาเลเซย

ครฉววรรณ นาคบตร

2. การสรางขนของมนษย2.1 การใชความรอนสงอยางรวดเรว สวนใหญจะเกดขนไดกบพชทมการเปลยนแปลงไดงาย2.2 การใชรงส สามารถท าใหเกดการกลายพนธในสงทมชวตได ซงบางครงอาจเกดพอลพลอยดไดเชนกน2.3 การใชสารเคม เปนวธทใชกนมาก สารเคมท าใหเกดพอลพลอยดไดเนองจาก เกดการยบยงการเกดผนงเซลลกนในชวงของการแบงเซลล จะไปท าใหจ านวนโครโมโซมเพมขนเทาตว สารเคมทนยมใชกนมากไดแก โคลชซน(colchicine) นอกจากนยงม ไนตรสออกไซด (nitrous oxide) OryzalinAmiprophos methyl และ Podophylin

ครฉววรรณ นาคบตร

ความรเรองมวเทชนในระดบ DNA จะชวยใหเราเขาใจและหาทางแกไขโรคทางพนธกรรมได อยางไรกตามการเกดมวเทชนบางอยางท าใหเกดพนธใหม ๆ เปนผลดแกมนษย กอใหเกดววฒนาการตามธรรมชาต ปจจบนการชกน าใหเกดมวเทชนเฉพาะท ถกน ามาใชประโยชนในการศกษาการพฒนาของสงมชวตหลายชนด เชน ยสต แมลงหว หนอนตวกลม และอะราบดอพซส (Arabidopsis sp.) ซงเปนพชชนดหนงในวงศผกกาด ทนกวทยาศาสตรจากสหรฐอเมรกา สหภาพยโรป และญปน ตกลงกนใหเปนพชตนแบบในการจดท าแผนทพนธกรรมและหาล าดบเบสส าเรจเปนครงแรกเนองจากเปนพชขนาดเลกเจรญเตบโตเรว วฎจกรชวตสน มขนาดจโนมประมาณ 120 ลานคเบส ซงการศกษาตรวจสอบหนาทของโปรตนแตละชนดเพอน าขอมลไปเปนพนฐานในการศกษาและปรบปรงพนธพชชนดอน ๆ ทมลกษณะตามทตองการ การท าใหเกดมวเทชนเฉพาะทเปนการยบยงการท างานของโปรตนชนดนน ๆ จะท าใหสามารถวเคราะหถงบทบาทหนาทของโปรตนตางๆ

ครฉววรรณ นาคบตร

ครฉววรรณ นาคบตร