Зародышевый - Germline

Кормлеты Ватсония Мериана, пример апомиксис
Клатрия тубероза, пример губки, которая может бесконечно расти из соматической ткани и восстанавливать себя из тотипотент разделенные соматические клетки

В биология и генетика, то зародышевый население многоклеточный организм клетки, которые передают свой генетический материал потомству (потомство ). Другими словами, это клетки, которые образуют яйцо, сперма и оплодотворенное яйцо, а также будущие сперматозоиды или яйцеклетки оплодотворенной яйцеклетки. Они обычно дифференцированный для выполнения этой функции и изолированы в определенном месте вдали от других клеток тела.[1]

Как правило, эта передача происходит в процессе половое размножение; обычно это процесс, который включает в себя систематические изменения генетического материала, изменения, возникающие во время рекомбинация, мейоз и оплодотворение Например. Однако среди многоклеточных организмов есть много исключений, включая процессы и концепции, такие как различные формы апомиксис, автогамия, автомиксис, клонирование или партеногенез.[2][3] Клетки зародышевой линии обычно называют стволовые клетки.[4] Например, гаметы такие как сперматозоид или яйцеклетка являются частью зародышевой линии. Так и клетки, которые делятся для производства гамет, называются гаметоциты, клетки, которые производят те, называемые гаметогония, и вплоть до зигота, клетка, из которой развился человек.[4]

У организмов, размножающихся половым путем, клетки, не входящие в зародышевую линию, называются соматические клетки. Согласно этой точке зрения, мутации рекомбинации и другие генетические изменения в зародышевой линии могут передаваться потомству, но изменения в соматической клетке не передаются.[5] Это не обязательно относится к соматически воспроизводимым организмам, таким как некоторые Porifera[6] и многие растения. Например, многие разновидности цитрусовые,[7] растения в Розоцветные и некоторые в Сложноцветные, такие как Тараксак производить семена апомиктически при соматическом диплоид клетки вытесняют яйцеклетку или ранний эмбрион.[8]

На более ранней стадии генетического мышления различие между зародышевой линией и соматической клеткой было четким. Например, Август Вейсманн Было предложено и указано, что зародышевые клетки бессмертны в том смысле, что они являются частью линии, которая воспроизводится бесконечно с самого начала жизни и, за исключением случайности, может продолжать воспроизводиться бесконечно.[9] Однако в настоящее время достаточно подробно известно, что это различие между соматическими и половыми клетками частично искусственно и зависит от конкретных обстоятельств и внутренних клеточных механизмов, таких как теломеры и такие меры, как выборочное применение теломераза в половых клетках, стволовые клетки и тому подобное.[10]

Не все многоклеточные организмы различать на соматические и зародышевые линии,[11] но при отсутствии специализированного технического вмешательства человека это делают практически все, кроме простейших многоклеточных структур. У таких организмов соматические клетки, как правило, практически тотипотент, и уже более столетия известно, что клетки губки собираются в новые губки после того, как их разделяют путем проталкивания их через сито.[6]

Зародышевый может относиться к линии клеток, охватывающей многие поколения людей - например, к зародышевой линии, которая связывает любого живого человека с гипотетическим последний универсальный общий предок, из которых все растения и животные спускаться.

Эволюция

Растения и базальные многоклеточные животные, такие как губки (Porifera) и кораллы (Anthozoa), не секвестрируют отдельную зародышевую линию, генерируя гаметы из линий мультипотентных стволовых клеток, которые также дают начало обычным соматическим тканям. Поэтому вполне вероятно, что секвестрация зародышевой линии впервые возникла у сложных животных со сложным строением тела, то есть у билатерий. Существует несколько теорий происхождения строгого различия между зародышевой линией и сомой. Выделение изолированной популяции зародышевых клеток на ранних этапах эмбриогенеза может способствовать сотрудничеству между соматическими клетками сложного многоклеточного организма.[12] Другая недавняя теория предполагает, что ранняя секвестрация зародышевой линии эволюционировала, чтобы ограничить накопление вредных мутаций в митохондриальных генах в сложных организмах с высокими требованиями к энергии и быстрой скоростью митохондриальных мутаций.[11]

Повреждение, мутация и восстановление ДНК

Активные формы кислорода (ROS) производятся как побочные продукты метаболизма. В клетках зародышевой линии АФК, вероятно, являются важной причиной Повреждения ДНК что на Репликация ДНК, привести к мутации. 8-оксогуанин, окисленное производное гуанин, продуцируется спонтанным окислением в клетках зародышевой линии мышей, и во время репликации ДНК клетки вызывает GC в TA трансверсия мутации.[13] Такие мутации происходят по всей мыши хромосомы а также на разных этапах гаметогенез.

Частота мутаций для клеток на разных стадиях гаметогенеза примерно в 5-10 раз ниже, чем у клеток. соматические клетки как для сперматогенез [14] и оогенез.[15] Более низкие частоты мутаций в клетках зародышевой линии по сравнению с соматическими клетками, по-видимому, связаны с более эффективными Ремонт ДНК повреждений ДНК, особенно гомологичный рекомбинационный ремонт, во время зародышевой линии мейоз.[нужна цитата ] Среди людей около пяти процентов живорожденных потомков имеют генетические нарушения, и из них около 20% связаны с недавно возникшими мутациями зародышевой линии.[14]

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ Питер Дирк Ньюкуоп; Льен А. Сутасурья (1979). Первичные зародышевые клетки хордовых: эмбриогенез и филогенез. КУБОК Архив. ISBN  978-0-521-22303-4.
  2. ^ Хуан Дж. Тарин; Антонио Кано (14 сентября 2000 г.). Оплодотворение простейших и многоклеточных животных: клеточные и молекулярные аспекты. Springer. ISBN  978-3-540-67093-3.
  3. ^ Эндрю Лоу; Стивен Харрис; Пол Эштон (1 апреля 2009 г.). Экологическая генетика: дизайн, анализ и применение. Джон Вили и сыновья. С. 108–. ISBN  978-1-4443-1121-1.
  4. ^ а б Николас Загрис; Анн Мари Дюпра; Энтони Дёрстон (30 ноября 1995 г.). Организация эмбриона ранних позвоночных. Springer. С. 2–. ISBN  978-0-306-45132-4.
  5. ^ К. Майкл Хоган. 2010 г. Мутация. изд. Э. Моноссон и К. Дж. Кливленд. Энциклопедия Земли. Национальный совет по науке и окружающей среде. Вашингтон В архиве 30 апреля 2011 г. Wayback Machine
  6. ^ а б Бруска, Ричард С .; Бруска, Гэри Дж. (1990). Беспозвоночные. Сандерленд: Sinauer Associates. ISBN  978-0878930982.
  7. ^ Акира Вакана и Шунпей Уэмото. Адвентивный эмбриогенез у цитрусовых (Rutaceae). II. Постфертилизационное развитие. Американский журнал ботаники Vol. 75, No. 7 (Jul., 1988), pp. 1033-1047 Издатель: Ботаническое общество Америки. Стабильный URL-адрес статьи: https://www.jstor.org/stable/2443771
  8. ^ К. В. Эд Питер (5 февраля 2009 г.). Основы садоводства. Издательство Новой Индии. С. 9–. ISBN  978-81-89422-55-4.
  9. ^ Август Вейсманн (1892). Очерки наследственности и родственных биологических проблем. Кларендон пресс.
  10. ^ Ватт, Ф. М. и Б. Л. М. Хоган. 2000 Из рая: стволовые клетки и их ниши Наука 287: 1427-1430.
  11. ^ а б Радзвилавичюс, Арунас Л .; Хадживасилиу, Зена; Помянковский, Андрей; Лейн, Ник (2016-12-20). «Выбор качества митохондрий способствует развитию зародышевой линии». PLOS Биология. 14 (12): e2000410. Дои:10.1371 / journal.pbio.2000410. ISSN  1545-7885. ЧВК  5172535. PMID  27997535.
  12. ^ Бусс, LW (1983-03-01). «Эволюция, развитие и единицы отбора». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 80 (5): 1387–1391. Bibcode:1983PNAS ... 80.1387B. Дои:10.1073 / pnas.80.5.1387. ISSN  0027-8424. ЧВК  393602. PMID  6572396.
  13. ^ Оно М., Сакуми К., Фукумура Р., Фуруичи М., Ивасаки Ю., Хокама М., Икемура Т., Цузуки Т., Гондо Ю., Накабеппу Ю. (2014). «8-оксогуанин вызывает спонтанные de novo мутации зародышевой линии у мышей». Научный представитель. 4: 4689. Bibcode:2014НатСР ... 4E4689O. Дои:10.1038 / srep04689. ЧВК  3986730. PMID  24732879.
  14. ^ а б Уолтер CA, Интано GW, Маккарри JR, МакМахан CA, Уолтер РБ (1998). «Частота мутаций снижается во время сперматогенеза у молодых мышей, но увеличивается у старых мышей». Proc. Natl. Акад. Sci. СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ АМЕРИКИ. 95 (17): 10015–9. Bibcode:1998PNAS ... 9510015W. Дои:10.1073 / пнас.95.17.10015. ЧВК  21453. PMID  9707592.
  15. ^ Мерфи П., Маклин Д. Д., МакМахан, Калифорния, Уолтер, Калифорния, МакКарри-младший (2013). «Повышенная генетическая целостность половых клеток мыши». Биол. Репрод. 88 (1): 6. Дои:10.1095 / биолрепрод.112.103481. ЧВК  4434944. PMID  23153565.