POLYPLOÏDIE: SOORTEN, BIJ DIEREN, BIJ MENSEN, BIJ PLANTEN - BIOLOGIE - 2026

De polyploïdie is een type genetische mutatie, het is de toevoeging van een volledig complement (complete sets) chromosomen aan de celkern, waardoor homologe paren worden gevormd. Dit type chromosomale mutatie is de meest voorkomende van de euploïdieën en wordt gekenmerkt door het feit dat het lichaam drie of meer complete sets chromosomen draagt.

Een organisme (meestal diploïde = 2n) wordt als polyploïde beschouwd wanneer het een of meer complete sets chromosomen verwerft. In tegenstelling tot puntmutaties, chromosomale inversies en duplicaties, is dit proces grootschalig, dat wil zeggen, het vindt plaats op complete sets chromosomen.

Bron: Haploid_vs_diploid.svg: Ehambergderivative werk: Ehamberg

In plaats van haploïde (n) of diploïde (2n) te zijn, kan een polyploïde organisme tetraploïde (4n), octoploïde (8n) of hoger zijn. Dit mutatieproces komt vrij veel voor bij planten en is zeldzaam bij dieren. Dit mechanisme kan de genetische variabiliteit vergroten bij sessiele organismen die niet kunnen bewegen.

Polyploïdie is in evolutionaire termen van groot belang in bepaalde biologische groepen, waar het een frequent mechanisme vormt voor het genereren van nieuwe soorten, aangezien chromosomale belasting een erfelijke aandoening is.

Wanneer treedt polyploïdie op?

Stoornissen in het aantal chromosomen kunnen zowel in de natuur als in in het laboratorium opgestelde populaties voorkomen. Ze kunnen ook worden geïnduceerd met mutagene stoffen zoals colchicine. Ondanks de ongelooflijke precisie van meiose, treden chromosomale afwijkingen op en komen deze vaker voor dan men zou denken.

Polyploïdie ontstaat als gevolg van enkele veranderingen die kunnen optreden tijdens meiose, hetzij in de eerste meiotische deling, hetzij tijdens profase, waarbij homologe chromosomen in paren zijn gerangschikt om tetrads te vormen en een niet-disjunctie van de laatste optreedt tijdens de anafase I.

Verschijning van nieuwe soorten

Polyploïdie is belangrijk omdat het een startpunt is voor het ontstaan ​​van nieuwe soorten. Dit fenomeen is een belangrijke bron van genetische variatie, aangezien het aanleiding geeft tot honderden of duizenden dubbele loci die vrij blijven om nieuwe functies te verkrijgen.

Bij planten is het bijzonder belangrijk en vrij wijdverbreid. Naar schatting is meer dan 50% van de bloeiende planten afkomstig van polyploïdie.

In de meeste gevallen verschillen polyploïden fysiologisch van de oorspronkelijke soort en daardoor kunnen ze omgevingen met nieuwe kenmerken koloniseren. Veel belangrijke soorten in de landbouw (waaronder tarwe) zijn polyploïden van hybride oorsprong.

Soorten polyploïdie

Polyploïdieën kunnen worden geclassificeerd op basis van het aantal complete chromosoomsets dat in de celkern aanwezig is.

In die zin is een organisme dat 'drie' sets chromosomen bevat 'triploïde', 'tetraploïde' als het vier sets chromosomen bevat, pentaploïde (5 sets), hexaploidae (6 sets), heptaploïde (zeven sets), octoploïde (acht sets) games), nonaploidae (negen games), decaploid (10 games), enzovoort.

Aan de andere kant kunnen polyploïdie ook worden geclassificeerd op basis van de oorsprong van de chromosomale gaven. In deze volgorde van ideeën kan een organisme zijn: autopolyploïde of allopolyploïde.

Een autopolyploïde bevat verschillende sets homologe chromosomen die zijn afgeleid van hetzelfde individu of van een individu dat tot dezelfde soort behoort. In dit geval worden polyploïden gevormd door de vereniging van niet-gereduceerde gameten van genetisch compatibele organismen die zijn gecatalogiseerd als dezelfde soort.

Een allopolyploïde is dat organisme dat niet-homologe sets chromosomen bevat vanwege hybridisatie tussen verschillende soorten. In dit geval treedt polyploïdie op na hybridisatie tussen twee verwante soorten.

Polyploïdie bij dieren

Polyploïdie is zeldzaam of komt niet vaak voor bij dieren. De meest wijdverbreide hypothese die de lage frequentie van polyploïde soorten bij hogere dieren verklaart, is dat hun complexe mechanismen voor geslachtsbepaling afhangen van een zeer delicaat evenwicht in het aantal geslachtschromosomen en autosomen.

Dit idee is gehandhaafd ondanks het verzamelen van bewijs van dieren die bestaan ​​als polyploïden. Het wordt over het algemeen waargenomen bij lagere diergroepen zoals wormen en een grote verscheidenheid aan platwormen, waar individuen gewoonlijk zowel mannelijke als vrouwelijke geslachtsklieren hebben, wat zelfbevruchting mogelijk maakt.

Soorten met de laatste aandoening worden zelf-compatibele hermafrodieten genoemd. Aan de andere kant kan het ook voorkomen in andere groepen waarvan de vrouwtjes nakomelingen kunnen geven zonder bevruchting, via een proces dat parthenogenese wordt genoemd (wat geen normale meiotische seksuele cyclus impliceert)

Tijdens parthenogenese worden nakomelingen in feite geproduceerd door mitotische deling van oudercellen. Dit omvat veel soorten ongewervelde dieren zoals kevers, isopoden, motten, garnalen, verschillende groepen spinachtigen en sommige soorten vissen, amfibieën en reptielen.

In tegenstelling tot planten is soortvorming door polyploïdie een uitzonderlijke gebeurtenis bij dieren.

Voorbeelden bij dieren

Het Tympanoctomys barriere knaagdier is een tetraploïde soort met 102 chromosomen per somatische cel. Het heeft ook een "gigantisch" effect op uw sperma. Deze allopolyploïde soort is waarschijnlijk ontstaan ​​uit het optreden van verschillende hybridisatiegebeurtenissen van andere knaagdierensoorten zoals Octomys mimax en Pipanacoctomys aureus.

Polyploïdie bij mensen

Polyploïdie komt niet vaak voor bij gewervelde dieren en wordt als irrelevant beschouwd bij de diversificatie van groepen zoals zoogdieren (in tegenstelling tot planten) vanwege verstoringen die optreden in het geslachtsbepalingssysteem en het dosiscompensatiemechanisme.

Naar schatting worden vijf op de 1000 mensen geboren met ernstige genetische defecten die te wijten zijn aan chromosomale afwijkingen. Nog meer embryo's met chromosomale afwijkingen krijgen een miskraam, en nog veel meer halen de geboorte nooit.

Chromosomale polyploïdie worden bij mensen als dodelijk beschouwd. In somatische cellen zoals hepatocyten is echter ongeveer 50% hiervan normaal gesproken polyploïde (tetraploïde of octaploïde).

De meest voorkomende polyploïdieën bij onze soort zijn complete triploïdie en tetraploïdie, evenals diploïde / triploïde (2n / 3n) en diploïde / tetraploïde (2n / 4n) mixoploïden.

In het laatste geval bestaat een populatie van normale diploïde cellen (2n) naast een andere die drie of meer haploïde veelvouden van chromosomen heeft, bijvoorbeeld: triploïde (3n) of tetraploïde (4n).

Triploïdie en tetraplodie bij mensen zijn op de lange termijn niet levensvatbaar. In de meeste gevallen is overlijden bij de geboorte of zelfs enkele dagen na de geboorte gemeld, variërend van minder dan een maand tot maximaal 26 maanden.

Polyploïdie in planten

Het bestaan ​​van meer dan één genoom in dezelfde kern heeft een belangrijke rol gespeeld bij de oorsprong en evolutie van planten, en is misschien wel de belangrijkste cytogenetische wijziging in plantensoortvorming en evolutie. Planten waren de toegangspoort tot de kennis van cellen met meer dan twee sets chromosomen per cel.

Vanaf het begin van de chromosomale telling werd waargenomen dat een grote verscheidenheid aan wilde en gekweekte planten (waaronder enkele van de belangrijkste) polyploïde is. Bijna de helft van de bekende soorten angiospermen (bloeiende planten) zijn polyploïde, evenals de meeste varens (95%) en een grote verscheidenheid aan mossen.

De aanwezigheid van polyploïdie in gymnospermplanten is zeldzaam en zeer variabel in groepen angiospermen. In het algemeen is erop gewezen dat polyploïde planten zich zeer goed kunnen aanpassen en habitats kunnen bezetten die hun diploïde voorouders niet konden. Bovendien accumuleren polyploïde planten met meer genomische kopieën een grotere "variabiliteit".

Binnen planten speelden de allopolyploïden (die in de natuur het meest voorkomen) een fundamentele rol bij de soortvorming en adaptieve straling van veel groepen.

Tuinbouwverbetering

In planten kan polyploïdie het gevolg zijn van verschillende verschijnselen, misschien wel de meest voorkomende zijn fouten tijdens het meioseproces die aanleiding geven tot diploïde gameten.

Meer dan 40% van de gecultiveerde planten zijn polyploïde, waaronder alfalfa, katoen, aardappelen, koffie, aardbeien, tarwe, onder andere, zonder een verband tussen domesticatie en polyploïdie van de planten.

Omdat colchicine werd geïmplementeerd als een middel om polyploïdie te induceren, is het om drie redenen in landbouwgewassen gebruikt:

-Het genereren van polyploïdie bij bepaalde belangrijke soorten, als een poging om betere planten te verkrijgen, aangezien er bij polyploïden meestal een fenotype is waarin er een opmerkelijke groei van "gigabytes" is vanwege het feit dat er een groter aantal cellen is. Dit heeft geleid tot opmerkelijke vorderingen in de tuinbouw en op het gebied van genetische verbetering van planten.

-Voor polyploïdisatie van hybriden en dat ze zo vruchtbaar worden dat sommige soorten opnieuw worden ontworpen of gesynthetiseerd.

-En tot slot, als een manier om genen over te dragen tussen soorten met verschillende graden van ploïdie of binnen dezelfde soort.

Voorbeelden in planten

Binnen planten is een natuurlijk polyploïde van groot belang en bijzonder interessant broodtarwe, Triticum aestibum (hexaploïde). Samen met rogge werd opzettelijk een polyploïde genaamd "Triticale" gebouwd, een allopolyploïde met de hoge productiviteit van tarwe en de robuustheid van rogge, die een groot potentieel heeft.

Tarwe in gecultiveerde planten is opmerkelijk essentieel geweest. Er zijn 14 soorten tarwe die zijn geëvolueerd door allopolyploïdie, en ze vormen drie groepen, een van 14, een andere van 28 en een laatste van 42 chromosomen. De eerste groep omvat de oudste soorten van het geslacht T. monococcum en T. boeoticum.

De tweede groep bestaat uit 7 soorten en is blijkbaar afgeleid van de hybridisatie van T. boeoticum met een wilde kruidensoort uit een ander geslacht genaamd Aegilops. De kruising produceert een krachtige steriele hybride die door chromosoomduplicatie kan resulteren in een vruchtbare allotetraploïde.

De derde groep van 42 chromosomen is waar de broodtarwe zich bevindt, die waarschijnlijk is ontstaan ​​door hybridisatie van een tertraploïde soort met een andere soort Aegilops gevolgd door een duplicatie van het chromosomale complement.

Referenties

1. Alcántar, JP (2014). Polyploïdie en het evolutionaire belang ervan. Kwesties tekort en technologie, 18: 17-29.
2. Ballesta, FJ (2017). Enkele bio-ethische overwegingen met betrekking tot het bestaan ​​van gevallen van levend geboren mensen met volledige tetraploïdie of triploïdie. Studia Bioethica, 10 (10): 67-75.
3. Castro, S., en Loureiro, J. (2014). De rol van reproductie bij de oorsprong en evolutie van polyploïde planten. Ecosistemas Magazine, 23 (3), 67-77.
4. Freeman, S en Herron, JC (2002). Evolutionaire analyse. Pearson Education.
5. Hichins, CFI (2010). Genetische en geografische oorsprong van het tetraploïde knaagdier Tympanoctomys barriere (Octodontidae), gebaseerd op de analyse van mitochondriale cytochroom b-sequenties (doctoraal proefschrift, Institute of Ecology).
6. Hickman, C. P, Roberts, LS, Keen, SL, Larson, A., I´Anson, H. & Eisenhour, DJ (2008). Geïntegreerde principes van zoölogie. New York: McGraw-Hill. 14 ^ste editie.
7. Pimentel Benítez, H., Lantigua Curz, A., & Quiñones Maza, O. (1999). Diploïde-tetraploïde myxoloidie: eerste rapport in onze setting. Cuban Journal of Pediatrics, 71 (3), 168-173.
8. Schifino-Wittmann, MT (2004). Polyploïdie en de impact ervan op de oorsprong en evolutie van wilde en gecultiveerde planten. Braziliaans tijdschrift van agrociencia, 10 (2): 151-157.
9. Suzuki, DT; Griffiths, AJF; Miller, J. H & Lewontin, RC (1992). Inleiding tot genetische analyse. McGraw-Hill Interamericana. 4 ^th Edition.