El papel de la poliploidía. Poliploidía

Después de leer este artículo, aprenderá qué es la poliploidía. Veremos qué papel juega. También aprenderás qué tipos de poliploidía existen.

Formación poliploide

En primer lugar, hablemos de lo que se entiende por esta misteriosa palabra. Las células o individuos que tienen más de dos juegos de cromosomas se denominan poliploides. Las células poliploides surgen con baja frecuencia como resultado de “errores” mitóticos. Esto ocurre cuando los cromosomas se dividen y no se produce la citocinesis. De esta forma se pueden formar células con el doble de cromosomas (diploides). Si tras pasar por la interfase se dividen, podrán dar lugar (sexual o asexualmente) a nuevos individuos, cuyas células tendrán el doble de cromosomas que sus padres. En consecuencia, el proceso de su formación es lo que es la poliploidía. Las plantas poliploides se pueden producir artificialmente utilizando colchicina, un alcaloide que inhibe la formación del huso mitótico como resultado de la interrupción de la formación de microtúbulos.

Propiedades de los poliploides

En estas plantas la variabilidad es a menudo mucho más estrecha que en los diploides emparentados, ya que cada gen está representado en ellas al menos el doble. Al dividirse en la descendencia, los individuos homocigotos por alguna razón serán solo 1/16 en lugar de 1/4 en diploides. (En ambos casos, se supone que la frecuencia de los alelos recesivos es 0,50). Los poliploides se caracterizan por la autopolinización, lo que reduce aún más su variabilidad, a pesar de que los diploides relacionados son predominantemente de polinización cruzada.

¿Dónde se encuentran los poliploides?

Entonces, hemos respondido a la pregunta: ¿qué es la poliploidía? ¿Dónde se encuentran esas plantas?

Algunos poliploides se adaptan mejor a áreas secas o temperaturas más frías que las formas diploides originales, mientras que otros se adaptan mejor a tipos específicos de suelo. Gracias a ello, pueden habitar lugares con condiciones de vida extremas en las que muy probablemente morirían sus ancestros diploides. Ocurren con baja frecuencia en muchas poblaciones naturales. Entran en cruces no relacionados más fácilmente que sus correspondientes diploides. En este caso, los híbridos fértiles se pueden obtener inmediatamente. Con menos frecuencia, los poliploides de origen híbrido se forman duplicando el número de cromosomas en híbridos diploides estériles. Esta es una de las formas de restaurar la fertilidad.

Primer caso documentado de poliploidía

De esta forma menos habitual se formaron híbridos poliploides entre rábano y col. Este fue el primer caso bien documentado de poliploidía. Ambos géneros pertenecen a la familia de las crucíferas y están estrechamente relacionados. En ambas especies hay 18 cromosomas, y en la primera metafase de la meiosis siempre se encuentran 9 pares de cromosomas. Con cierta dificultad se obtuvo un híbrido entre estas plantas. En la meiosis, tenía 18 cromosomas desapareados (9 de rábano y 9 de repollo) y era completamente estéril. Entre estas plantas híbridas, se formó espontáneamente un poliploide, en el que había 36 cromosomas en células somáticas y se formaban regularmente 18 pares durante el proceso de meiosis. En otras palabras, el híbrido poliploide tenía los 18 cromosomas tanto del rábano como del repollo, y funcionaban normalmente. Este híbrido fue bastante prolífico.

Malezas poliploides

Algunos poliploides se originaron como malezas en áreas causadas por el hombre y, en ocasiones, florecieron a niveles asombrosos. Un ejemplo bien conocido son los habitantes de las marismas del género Spartina. Una especie, S. maritima (en la foto de abajo), se encuentra en las marismas a lo largo de las costas de Europa y África. Otra especie, S. alterniflora, fue introducida en Gran Bretaña desde el este de América del Norte alrededor de 1800 y posteriormente se extendió ampliamente, formando grandes colonias locales.

Trigo

Uno de los grupos de plantas poliploides más importantes puede considerarse el género Triticum de trigo (en la foto de abajo). El cultivo de cereales más extendido en el mundo, el trigo harinero (T. aestivum), tiene 2n = 42. Surgió hace al menos 8.000 años, probablemente en Europa Central, como resultado de la hibridación natural del trigo cultivado, que tiene 2n = 28, con cereales silvestres del mismo género, teniendo 2n = 14. El cereal silvestre probablemente creció como maleza entre los cultivos de trigo. La hibridación que dio lugar al trigo harinero puede haber ocurrido entre poliploides que aparecían de vez en cuando en poblaciones de ambas especies parentales.

Es probable que tan pronto como el trigo de 42 cromosomas con sus características beneficiosas apareció en los campos de los primeros agricultores, inmediatamente lo notaron y lo seleccionaron para su posterior cultivo. Una de sus formas parentales, el trigo cultivado con 28 cromosomas, resultó de la hibridación de dos especies silvestres de 14 cromosomas procedentes de Oriente Medio. teniendo 2n = 28, y ahora continúan cultivándose junto con los de 42 cromosomas. Estos trigos de 28 cromosomas son una fuente importante de cereales para la producción de pasta debido a la alta pegajosidad de su proteína. Este es el papel que juega la poliploidía.

triticoescala

Las investigaciones de los últimos años han demostrado que las nuevas líneas obtenidas mediante hibridación pueden mejorar la producción agrícola. La poliploidía se utiliza mucho en la reproducción. Particularmente prometedor es Triticosecale, un grupo de híbridos artificiales entre trigo (Triticum) y centeno (Secale). Algunos de ellos, que combinan el rendimiento del trigo con la sencillez del centeno, son los más resistentes a la roya, una enfermedad que causa grandes daños a la agricultura. Estas propiedades son especialmente importantes en las regiones montañosas altas de los trópicos y subtrópicos, donde la roya es el principal cultivo de trigo. Triticosecale ahora se cultiva a gran escala y ha ganado gran popularidad en Francia y otros países. La más famosa es la línea de 42 cromosomas de este cultivo de cereales. Se obtuvo duplicando el número de cromosomas después de hibridar trigo de 28 cromosomas con centeno de 14 cromosomas.

Diversidad de poliploides.

En la naturaleza, se seleccionan bajo la influencia de condiciones externas y no debido a la actividad humana. Su aparición es uno de los mecanismos evolutivos más importantes. Hoy en día, muchos poliploides están representados en la flora mundial (más de la mitad de todas las especies de plantas). Entre ellos, muchos de los cultivos más importantes no son sólo el trigo, sino también el algodón, el plátano, la patata y el girasol. A esta lista puede agregar las flores de jardín más hermosas: crisantemos, pensamientos, dalias.

Ahora ya sabes qué es la poliploidía. Su papel en la agricultura, como puede ver, es muy grande.

Pregunta 1. Nombra las principales formas de especiación. Dé ejemplos de especiación geográfica.
Dependiendo del resultado de qué mecanismos aislantes, espaciales u otros, surge una especie, se distinguen dos formas de especiación:
1) alopátrica (geográfica), cuando las especies surgen de poblaciones espacialmente separadas;
2) simpátrica, cuando las especies surgen en un solo territorio.
Un ejemplo de especiación geográfica es el surgimiento de diferentes especies de lirio de los valles a partir de una especie original que vivió hace millones de años en los bosques latifoliados de Europa. La invasión del glaciar dividió en varias partes el único hábitat del lirio de los valles. Se ha conservado en zonas forestales que escaparon de la glaciación: en el Lejano Oriente, el sur de Europa y Transcaucasia. Cuando el glaciar retrocedió, el lirio de los valles se extendió nuevamente por Europa, formando una nueva especie, una planta más grande con una corola ancha, y en el Lejano Oriente, una especie con pecíolos rojos y una capa cerosa en las hojas. Así, una vez hubo en Australia una especie de loros del género Pachyctphala. Durante el período seco, el área única se dividió en zonas occidental y oriental y, con el tiempo, los individuos de las dos poblaciones adquirieron diferencias morfofisiológicas, que excluyeron el mestizaje cuando el área volvió a ser común.
Esta especiación se produce lentamente; para que se complete, las poblaciones deben pasar por cientos de miles de generaciones. Esta forma de especiación implica que poblaciones físicamente separadas divergen genéticamente y eventualmente quedan completamente aisladas y distintas entre sí debido a la selección natural.

Pregunta 2. ¿Qué es la poliploidía? ¿Qué papel juega en la formación de especies?
El fenómeno de la poliploidía se basa en las siguientes razones: cada tipo de organismo vivo tiene un conjunto de cromosomas estrictamente definido. En las células germinales, todos los cromosomas son diferentes. Este conjunto se llama haploide y se denota con la letra n. Las células del cuerpo (somáticas) suelen contener un doble juego de cromosomas, llamado diploide (2n). Si los cromosomas que se han duplicado durante la división no se separan en células hijas, sino que permanecen en un núcleo, se produce un fenómeno de aumento múltiple en el número de cromosomas, llamado poliploidía. Esto produce un gameto diploide que, cuando se fusiona con un gameto normal, forma un cigoto triploide, a partir del cual se puede desarrollar un organismo triploide. Cuando dos gametos diploides se fusionan, se forma un cigoto tetraploide, dando lugar al desarrollo de un organismo tetraploide. Es más característico de las plantas, pero también es conocido entre los animales.
La poliploidía es una de las posibles formas de especiación, y en poblaciones que habitan en una misma zona geográfica y no están separadas por barreras.

Pregunta 3. ¿Qué especies de plantas y animales que conoce surgieron como resultado de reordenamientos cromosómicos?
La aparición de nuevas especies a través de reordenamientos cromosómicos puede ocurrir de forma espontánea, pero más a menudo ocurre como resultado del cruce de organismos estrechamente relacionados. Por ejemplo, una ciruela cultivada con 2n = 48 surgió al cruzar endrinas (n = 16) con ciruela cereza (n = 8), seguido de duplicar el número de cromosomas. Muchas plantas económicamente valiosas son poliploides, por ejemplo patatas, tabaco, algodón, caña de azúcar, café, etc. En plantas como el tabaco, las patatas, el número inicial de cromosomas es 12, pero hay especies con 24, 48, 72 cromosomas.
Entre los animales, los poliploides son, por ejemplo, algunas especies de peces (esturión, locha espinosa, etc.), saltamontes, que se encuentran en los gusanos (lombrices de tierra y ascárides) y también, muy raramente, en algunos anfibios.

Después de leer este artículo, aprenderá qué es la poliploidía. Veremos qué papel juega. También aprenderás qué tipos de poliploidía existen.

Formación poliploide

En primer lugar, hablemos de lo que se entiende por esta misteriosa palabra. Las células o individuos que tienen más de dos juegos de cromosomas se denominan poliploides. Las células poliploides surgen con baja frecuencia como resultado de “errores” mitóticos. Esto ocurre cuando los cromosomas se dividen y no se produce la citocinesis. De esta forma se pueden formar células con el doble de cromosomas (diploides). Si tras pasar por la interfase se dividen, podrán dar lugar (sexual o asexualmente) a nuevos individuos, cuyas células tendrán el doble de cromosomas que sus padres. En consecuencia, el proceso de su formación es lo que es la poliploidía. Las plantas poliploides se pueden obtener artificialmente utilizando colchicina, un alcaloide que suprime la formación del huso mitótico como resultado de la interrupción de la formación de microtúbulos.

Propiedades de los poliploides

En estas plantas la variabilidad es a menudo mucho más estrecha que en los diploides emparentados, ya que cada gen está representado en ellas al menos el doble. Al dividirse en la descendencia, los individuos homocigotos para algún gen recesivo constituirán sólo 1/16 en lugar de 1/4 en los diploides. (En ambos casos, se supone que la frecuencia de los alelos recesivos es 0,50). Los poliploides se caracterizan por la autopolinización, lo que reduce aún más su variabilidad, a pesar de que los diploides relacionados son predominantemente de polinización cruzada.

¿Dónde se encuentran los poliploides?

Entonces, hemos respondido a la pregunta: ¿qué es la poliploidía? ¿Dónde se encuentran esas plantas?

Primer caso documentado de poliploidía

De esta forma menos habitual se formaron híbridos poliploides entre rábano y col. Este fue el primer caso bien documentado de poliploidía. Ambos géneros pertenecen a la familia de las crucíferas y están estrechamente relacionados. En las células somáticas de ambas especies hay 18 cromosomas, y en la primera metafase de la meiosis siempre se encuentran 9 pares de cromosomas. Con cierta dificultad se obtuvo un híbrido entre estas plantas. En la meiosis, tenía 18 cromosomas desapareados (9 de rábano y 9 de repollo) y era completamente estéril. Entre estas plantas híbridas, se formó espontáneamente un poliploide, en el que había 36 cromosomas en células somáticas y se formaban regularmente 18 pares durante el proceso de meiosis. En otras palabras, el híbrido poliploide tenía los 18 cromosomas tanto del rábano como del repollo, y funcionaban normalmente. Este híbrido fue bastante prolífico.

Malezas poliploides

Trigo

Uno de los grupos de plantas poliploides más importantes puede considerarse el género Triticum de trigo (en la foto de abajo). El cultivo de cereales más común del mundo, el trigo harinero (T. aestivum), tiene 2n = 42. El trigo harinero surgió hace al menos 8.000 años, probablemente en Europa Central, como resultado de la hibridación natural del trigo cultivado, que tiene 2n = 28. , con un grano silvestre del mismo género, que tiene 2n = 14. El cereal silvestre probablemente creció como maleza entre los cultivos de trigo. La hibridación que dio lugar al trigo harinero puede haber ocurrido entre poliploides que aparecían de vez en cuando en poblaciones de ambas especies parentales.

Es probable que tan pronto como el trigo de 42 cromosomas con sus características beneficiosas apareció en los campos de los primeros agricultores, inmediatamente lo notaron y lo seleccionaron para su posterior cultivo. Una de sus formas parentales, el trigo cultivado con 28 cromosomas, resultó de la hibridación de dos especies silvestres de 14 cromosomas procedentes de Oriente Medio. Se siguen cultivando especies de trigo con 2n = 28 junto con aquellas con 42 cromosomas. Estos trigos de 28 cromosomas son una fuente importante de cereales para la producción de pasta debido a la alta pegajosidad de su proteína. Este es el papel que juega la poliploidía.

triticoescala

Las investigaciones de los últimos años han demostrado que las nuevas líneas obtenidas mediante hibridación pueden mejorar la producción agrícola. La poliploidía se utiliza mucho en la reproducción. Particularmente prometedor es Triticosecale, un grupo de híbridos artificiales entre trigo (Triticum) y centeno (Secale). Algunos de ellos, que combinan el rendimiento del trigo con la sencillez del centeno, son los más resistentes a la roya, una enfermedad que causa grandes daños a la agricultura. Estas propiedades son especialmente importantes en las tierras altas de los trópicos y subtrópicos, donde la roya es el principal factor que limita el cultivo del trigo. Triticosecale ahora se cultiva a gran escala y ha ganado gran popularidad en Francia y otros países. La más famosa es la línea de 42 cromosomas de este cultivo de cereales. Se obtuvo duplicando el número de cromosomas después de hibridar trigo de 28 cromosomas con centeno de 14 cromosomas.

Diversidad de poliploides.

En la naturaleza, se seleccionan bajo la influencia de condiciones externas y no debido a la actividad humana. Su aparición es uno de los mecanismos evolutivos más importantes. Hoy en día, muchos poliploides están representados en la flora mundial (más de la mitad de todas las especies de plantas). Entre ellos se encuentran muchos de los cultivos más importantes, no sólo el trigo, sino también el algodón, la caña de azúcar, el plátano, la patata y el girasol. A esta lista puede agregar las flores de jardín más hermosas: crisantemos, pensamientos, dalias.

Ahora ya sabes qué es la poliploidía. Su papel en la agricultura, como puede ver, es muy grande.

El papel de la poliploidía en la especiación. En las plantas, se pueden formar nuevas especies con bastante facilidad mediante mutaciones de duplicación de cromosomas de poliploidía. La nueva forma que surja así estará reproductivamente aislada de la especie madre, pero mediante la autofecundación podrá dejar descendencia.

Para los animales, este método de especiación no es factible, ya que no son capaces de autofecundarse. Entre las plantas hay muchos ejemplos de especies estrechamente relacionadas que se diferencian entre sí en un número múltiple de cromosomas, lo que indica su origen por poliploidía. Así, en la patata hay especies con un número de cromosomas igual a 12, 24, 48 y 72; en el trigo, 14, 28 y 42 cromosomas. Los poliploides suelen ser resistentes a influencias adversas y, en condiciones extremas, la selección natural favorecerá su aparición.

Así, en Spitsbergen y Novaya Zemlya, alrededor de 80 especies de plantas superiores están representadas por formas poliploides. Frutos de ciruela Frutos de ciruela cereza Frutos de endrina Otro método más raro de especiación cromosómica ocurre en las plantas mediante hibridación seguida de poliploidía. Las especies estrechamente relacionadas a menudo difieren en sus conjuntos de cromosomas y los híbridos entre ellas son infértiles debido a la interrupción del proceso de maduración de las células germinales. Las plantas híbridas, sin embargo, pueden existir durante bastante tiempo y reproducirse vegetativamente.

La mutación poliploidía restaura la capacidad de los híbridos para reproducirse sexualmente. Fue así como surgió la ciruela cultivada mediante la hibridación de endrina y ciruela cereza con posterior poliploidía, ver Fig. III. La importancia de la poliploidía en el fitomejoramiento Muchas plantas cultivadas son poliploides, es decir, contienen más de dos conjuntos haploides de cromosomas. Entre los poliploides se encuentran muchos de los principales cultivos alimentarios: trigo, patatas y onece. Dado que algunos poliploides tienen una gran resistencia a factores desfavorables y un buen rendimiento, su uso y selección están justificados.

Existen métodos que permiten obtener experimentalmente plantas poliploides. En los últimos años, con su ayuda se han creado variedades poliploides de centeno, trigo sarraceno y remolacha azucarera. Por primera vez, el genetista nacional G.D. Karpechenko en 1924, sobre la base de la poliploidía, superó la infertilidad y creó un híbrido de repollo y rábano en el conjunto diploide, cada uno tiene 18 cromosomas 2n 18. En consecuencia, sus gametos llevan 9 cromosomas. cada uno, un conjunto haploide.

Un híbrido de repollo y rábano tiene 18 cromosomas. El conjunto de cromosomas consta de 9 cromosomas repollos y 9 cromosomas raros. Este híbrido es estéril, ya que los cromosomas de repollo y rábano no se conjugan, por lo que el proceso de formación de gametos no puede desarrollarse normalmente. Como resultado de duplicar el número de cromosomas, el híbrido estéril contenía dos conjuntos diploides completos de cromosomas de rábano y repollo. 36. Como resultado, surgieron condiciones normales para la meiosis del cromosoma de la col y del rábano conjugados respectivamente entre sí.

Cada gameto llevaba un conjunto haploide de rábano y repollo 9 9 18. El cigoto nuevamente tenía 36 cromosomas y el híbrido se volvió fértil. El trigo harinero es un poliploide natural y consta de seis conjuntos haploides de cromosomas de especies de cereales relacionadas. En el proceso de su aparición, la hibridación a distancia y la poliploidía jugaron un papel importante. Utilizando el método de poliploidización, los criadores nacionales crearon una forma de triticale de centeno y trigo que no se había encontrado anteriormente en la naturaleza.

La creación del triticale, un nuevo tipo de grano con cualidades excepcionales, es uno de los mayores logros del mejoramiento. Fue desarrollado combinando complejos cromosómicos de dos géneros diferentes de trigo y centeno. Triticale es superior a ambos padres en rendimiento, valor nutricional y otras cualidades. En términos de resistencia a las condiciones climáticas y del suelo desfavorables y a las enfermedades más peligrosas, es superior al trigo, no inferior al centeno. Este trabajo se encuentra sin duda entre los brillantes logros de la biología moderna.

Actualmente, los genetistas y criadores están creando nuevas formas de cereales, frutas y otros cultivos utilizando la poliploidía.

Fin del trabajo -

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Poliploidía

Los primeros pronto murieron y las células con dos núcleos se dividieron con éxito. Al contar los cromosomas, resultó que había el doble que en las células normales. Entonces... Cada célula madre, cuando se divide en dos células hijas, se distribuye estrictamente... Entonces, el gameto contiene un conjunto haploide de cromosomas, es decir. uno de cada par homólogo. Todas las células somáticas...

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Los criadores utilizan ampliamente el método de la poliploidía para crear nuevas variedades de plantas. La esencia de este proceso es aumentar la cantidad de conjuntos de cromosomas en las células de los tejidos del cuerpo, un múltiplo de un único conjunto de cromosomas (haploide). Como resultado, hay un aumento en el tamaño de las propias células y de todo el organismo en su conjunto. Esta es una manifestación fenotípica de poliploidía.

Aquellos organismos cuyas células tienen más de dos juegos de cromosomas se denominan poliploides. Así, los triploides contienen tres conjuntos, los tetraploides, cuatro, los pentaploides, cinco, etc. Los poliploides que tienen un conjunto impar de cromosomas son estériles debido a que sus células germinales con un conjunto incompleto de cromosomas, no múltiplo del haploide, no se dividen. No producen descendencia. Se ha demostrado que un aumento en el número de cromosomas aumenta la resistencia de las plantas a los microorganismos patógenos y algunos otros factores ambientales desfavorables, en particular a la radiación. Esto se explica por el hecho de que si uno o dos cromosomas homólogos están dañados, el resto permanece intacto. Por tanto, los organismos poliploides son más viables que los diploides.

La aparición de la poliploidía.

La causa es la no disyunción de los cromosomas durante la meiosis. En este caso, la célula germinal tiene un conjunto completo de células somáticas. Si dicho gameto se fusiona con uno normal, se obtiene un cigoto triploide, dando lugar a un triploide. Siempre que dos gametos contengan un conjunto diploide, su fusión conduce a la formación de un tetraploide.

Además, los organismos poliploides pueden aparecer durante la mitosis inconclusa. Entonces, si después de la duplicación celular no hay división celular, entonces el resultado es un tetraploide. Los cigotos tetraploides son los precursores de los brotes tetraploides, y en las flores se formarán gametos diploides en lugar de haploides. Con la autopolinización se puede formar un tetraploide y con la polinización normal por un gameto, un triploide. Si la planta se reproduce vegetativamente se mantiene la ploidía original. En la naturaleza, la poliploidía está muy extendida, pero está representada de manera desigual entre las diferentes comunidades de organismos vegetales y animales. Este tipo de mutación juega un papel importante en las transformaciones evolutivas de las angiospermas silvestres y cultivadas, entre las cuales alrededor del 50% de las especies son poliploides.

Dado que las plantas poliploides se caracterizan por sus valiosas propiedades económicas, en el cultivo de plantas se utiliza la poliploidización artificial para obtener material genético. Para ello, en la selección se utilizan mutágenos especiales, por ejemplo, la colchicina, que altera la segregación cromosómica en la meiosis y la mitosis.

Aproximadamente el 80% de las variedades existentes actualmente de diferentes tipos de plantas cultivadas son poliploides. Estos incluyen cultivos de hortalizas y frutas, cereales, cítricos, plantas industriales, ornamentales y medicinales. Un ejemplo sorprendente del resultado de la poliploidía es la remolacha azucarera triploide, que, a diferencia de la remolacha azucarera común, tiene un mayor rendimiento de masa vegetativa y tamaños más grandes de cultivos de raíces, combinado con un mayor contenido de azúcar y resistencia a diversas enfermedades. Pero las plantas triploides no producen descendencia. Por lo tanto, los criadores pueden obtener semillas híbridas solo cruzando formas tetraploides y diploides. Gracias a la esterilidad comprobada de los híbridos triploides, se obtuvieron frutos sin semillas de sandía, uvas y plátanos, que tienen una gran demanda.

Existen los siguientes tipos de poliploidía: autopoliploidía y alopoliploidía. El primer tipo se describe arriba. En alopoliploidía, los científicos combinaron el método de poliploidía artificial con hidridación remota. Así, se obtuvieron híbridos fértiles de plantas, por ejemplo, rábano y repollo, trigo y centeno, trigo y pasto de trigo. Estos híbridos se caracterizan por altos rendimientos, resistencia al frío, sencillez y resistencia a las enfermedades.