CAILE PE CARE SE REALIZEAZA VARIATIA GENETICA SI VARIABILITATEA FENOTIPICA IN POPULATIILE DE MICROORGANISME, PLANTE SI ANIMALE

Variabilitatea fenotipica a indivizilor ce formeaza populatiile de microorganisme, plante si animale, este reflectarea polimorfismului genetic existent la nivelul lor, adica a variatiei genetice inter-individuale sau intrapopulationale. Aceasta variatie este rezultatul recombinarii genetice, mutatiilor si activitatii elementelor genetice transpozabile.

Recombinarea genetica

Organismele vii se caracterizeaza, printre altele, prin faptul ca intre indivizii unei populatii, respectiv ai unei specii, exista nenumarate deosebiri, atat genotipice, cat si fenotipice.

Fiecare individ constituie o entitate unica si nerepetabila (exceptand indivizii clonati), datorita faptului ca el prezinta o anumita configuratie a factorilor genetici.

Deosebirile genotipice dintre indivizi se realizeaza in primul rand prin fenomenul recombinarii genetice, prin care informatia ereditara are capacitatea de a "circula" in cadrul unei populatii.

Recombinarea se poate realiza pe parcursul meiozei, caz in care este denumita recombinare meiotica, dar poate sa se produca si in celulele care parcurg mitoza, caz in care poarta denumirea de recombinare mitotica sau somatica.

La speciile evoluate, frecventa recombinarii mitotice este foarte scazuta comparativ cu aceea a recombinarii meiotice, dar in ambele tipuri de recombinare procesul este reciproc, constand in schimbul anumitor gene intre un grup linkage si grupul omolog din cromozomul pereche.

Fenomenul recombinarii genetice are o importanta biologica extraordinara, acesta determinand diferentierile genotipice intre indivizii unei populatii sau ai unei specii. Variatia genotipica reprezinta suportul pentru caracterul unic al indivizilor, pentru asigurarea unor posibilitati largi de adaptare la variatele conditii de mediu si, implicit, pentru asigurarea supravietuirii populatiilor sau speciilor.

Recombinarea genetica se realizeaza in principal in cadrul procesului sexual, fapt care explica raspandirea sa extraordinara nu numai la organismele evoluate, dar chiar si la procariote, cum sunt de exemplu bacteriile.

La organismele eucariote, fenomenul de recombinare genetica se realizeaza, in cadrul procesului sexual, pe trei cai:

prin disjunctia independenta a perechilor de cromozomi in cursul meiozei (recombinare inter-cromozomiala);

prin crossing-over intre cromozomii pereche (recombinare intra-cromozomiala);

prin conversie (recombinare genetica nereciproca).

Disjunctia independenta a perechilor de cromozomi

(recombinarea inter-cromozomiala)

Studiul comparativ al mitozei si meiozei a aratat ca al doilea tip de diviziune este cel care asigura libera combinare a cromozomilor si, pe aceasta baza, o mare variatie genotipica a gametilor si a descendentilor.

Cromozomii omologi care se asociaza in metafaza I formand bivalenti, se separa ulterior, fiecare pereche independent de celelalte, fapt care determina combinarea pe baza de probabilitate a cromozomilor proveniti de la bunici. In mod logic, posibilitatile de a forma mai multe combinatii in cadrul gametilor sunt direct corelate cu numarul de perechi de cromozomi.

RECOMBINAREA INTERCROMOZOMIALA IN CURSUL MEIOZEI

Spre exemplu, daca se incruciseaza doua specii care au 2n=6, si daca pe fiecare pereche de cromozomi se afla cate o singura pereche de gene, hibridul care rezulta va mosteni jumatate din cromozomii si factorii ereditari ai fiecaruia dintre genitori. Astfel, daca genitorul matern poseda genele AA BB CC si cel patern genele aa bb cc, hibridul va fi Aa Bb Cc.

In cursul meiozei, acest hibrid va forma 8 tipuri de gameti datorita faptului ca in metafaza primei diviziuni meiotice (diviziunea reductionala) cromozomii omologi se grupeaza in bivalenti (cate doi) si apoi migreaza la polii celulei in mod diferit, indiferent de originea lor.

Rezultatul este formarea a 8 tipuri de gameti masculi si femeli diferiti genotipic (ABC, ABc, AbC, Abc, aBC, aBc, abC, abc), prin a caror unire la intamplare vor rezulta 64 de combinatii genetice diferite si respectiv 8 tipuri de descendenti, diferiti din punct de vedere al fenotipului.

Cu cat este mai mare numarul cromozomilor si respectiv al genelor in cromozomi, cu atat este mai mare numarul combinatiilor posibile ale gametilor. Astfel, daca in cazul unei specii cu 8 cromozomi si cate o singura gena in cromozom, probabilitatea ca un gamet sa fie diferit de altul este egala cu (1/2)⁴ = 1/16, iar ca un individ sa fie diferit de altul este in consecinta de (1/2)⁸ = 1/256, la o specie cu 20 de cromozomi probabilitatea ca un gamet sa fie diferit de altul este de (1/2)¹⁰ = 1/1.024, iar ca un individ sa fie diferit genotipic este de (1/2)²⁰ = 1/1.048.576. Daca am considera ca la specia luata in considerare sunt numai trei gene, plasate una de alta la o distanta suficient de mare, astfel incat sa se poata separa usor prin crossing-over, probabilitatea ca un individ sa fie diferit genotipic de altii ar fi de (1/2)⁶⁰. Calculul matematic arata ca, pentru a oferi spatiu tuturor combinatiilor genotipice posibile intr-un astfel de caz, ar fi necesara o suprafata de teren de 2.000 ori mai mare decat cea a Pamantului.

Inmultirea sexuata a organismelor determina asadar o mare variabilitate genotipica a descendentilor, in primul rand prin mecanismul de combinare pe baza de probabilitate a cromozomilor in cursul diviziunii reductionale (prima diviziune meiotica).

Pe langa aceasta, un rol important in sporirea variatiei genotipice individuale revine fenomenului de schimb de segmente cromatidice intre cromozomii pereche (crossing-over) precum si genelor extranucleare.

Recombinarea genelor intre cromozomii pereche (crossing-over)

Studiul mecanismului de transmitere ereditara a aratat ca nu intotdeauna genele care fac parte din aceeasi grupa de linkage, deci plasate in acelasi cromozom, se transmit inlantuite, si ca de la acest mod de transmitere a informatiei genetice exista unele exceptii. Respectivele abateri au fost explicate prin posibilitatea realizarii unui schimb reciproc de gene intre cromozomii pereche, printr-un proces care a fost denumit crossing-over.

Efectul recombinarii intra-cromozomiale este disocierea dintr-o legatura a unor gene si formarea unei noi grupe linkage cu genele cromozomului omolog.

Frecventa cu care se poate realiza recombinarea prin fenomenul de crossing-over este foarte redusa si numai in cazuri rare se apropie de limita superioara de 50%, valoare care corespunde segregarii independente a caracterelor, conform legilor mendeliene.

Crossing - over (schimbul de segmente de cromatide intre cromozomii pereche)

Crossing - over in cursul meiozei

Un tip particular de crossing over, realizat in cadrul unei inversii

Formarea de gameti recombinati - baza a polimorfismului genetic

Recombinarea genetica nereciproca (conversia genica)

Spre deosebire de recombinarea genetica reciproca, care se realizeaza prin crossing-over, recombinarea genetica nereciproca apare ca rezultat al fenomenului de conversie.

Conversia se manifesta prin aceea ca descendenta haploida a nucleului heterozigot diploid (a⁺ a) nu prezinta raportul normal de segregare, respectiv 1:1, una dintre alele avand o frecventa mai mare decat cealalta. Astfel, la ciuperci, in locul raportului de segregare normal 4:4 se intalnesc raporturile de 5:3; 6:2; 7:1; 8:0. S-a demonstrat ca frecventa recombinarii genetice nereciproce variaza la diferite gene, iar in interiorul unei gene frecventa conversiei creste de la un capat la altul. Fenomenul de polarizare a conversiei in interiorul aceleeasi gene poarta denumirea de polaron.

Fenomenul de conversie are loc frecvent la bacteriile lizogene, care contin profagi si din aceasta cauza dobandesc caracteristici noi privind producerea de toxine, sensibilitatea la infectii cu alte virusuri, sau isi modifica particularitatile antigenice. Acest tip de conversie se numeste conversie fagica si este cel mai probabil cauzata de aditia de material genetic la genomul bacterian.

Conversia genica are loc in cursul meiozei si se considera ca se realizeaza in doua etape:

In prima etapa are loc transferul a 100-200 nucleotide din molecula de ADN de pe o cromatida, pe alta, formandu-se astfel scurte secvente de ADN hibrid;

In cea de a doua etapa are loc corectia imperecherilor gresite dintre nucleotide in cadrul ADN hibrid, in timpul sau imediat dupa recombinarea intergenica prin crossing-over. Ca urmare s-a observat existenta unei corelatii intre fenomenul crossing-over si frecventa conversiei in imediata vecinatate.

MUTATIILE

Mutatia defineste orice modificare ereditara si detectabila a materialului genetic, care nu este cauzata de recombinarea genetica sau de segregare. Mutatiile cauzate de factori de mediu (fizici sau chimici) sau de factori biologici apar spontan si sunt denumite mutatii naturale. In functie de materialul genetic afectat, mutatiile sunt clasificate astfel:

a)  mutatii genice, cand sunt afectate genele;

b)  mutatii cromozomiale, cand sunt afectati cromozomii;

c)  mutatii genomice, cand este afectat intregul genom (mutatii
multiple, la nivelul mai multor perechi de cromozomi).

In functie de genele care sunt afectate, implicand deci exprimarea fenotipica, mutatiile pot fi clasificate in mutatii dominante, co-dominante, semidominante si recesive.

Mutatiile care se produc la nivelul perechilor de nucleotide sunt denumite mutatii punctiforme si sunt evident mutatii intragenice.

Mutatiile au fost de asemenea clasificate si in functie de locul unde sunt plasate genele afectate, respectiv pe autozomi sau heterozomi, in mutatii autozomale si mutatii heterozomale (care manifesta sex-linkage). Exista si mutatii ale genelor din citoplasma, denumite mutatii extranucleare.

O categorie relativ distincta de mutatii o constituie mutatiile letale si mutatiile semiletale, care afecteaza gene de importanta majora in organism, prin a caror blocare se cauzeaza moartea individului, cel mai adesea in perioada embrionara, sau inainte de maturitatea sexuala.

Indiferent de nivelul la care se produc (genic, cromozomial, genomic), mutatiile au frecventa variabila. Se apreciaza insa ca pot exista gene mutabile, caracterizate printr-o mare instabilitate si care, in consecinta, prezinta o frecventa mai mare a mutatiilor, comparativ cu celelalte gene din organism. O astfel de ipoteza este de altfel sustinuta de existenta seriilor de gene polialele, care sunt considerate ca fiind rezultatul instabilitatii pronuntate a unor gene sub influenta anumitor conditii ale mediului abiotic. S-a sugerat de asemenea posibilitatea existentei unor gene mutatoare, care maresc frecventa mutatiilor altor gene.

Mutatiile naturale si frecventa lor

Se considera ca una dintre cauzele mutatiilor naturale care apar la organismele vegetale si animale este radiatia cosmica, o sursa permanenta de nuclei de carbon, azot si oxigen, care ciocnindu-se cu nuclei ai unor atomi din aer dau nastere radiatiei cosmice secundare, formata din radiatii electromagnetice si corpusculare. Aceste radiatii actioneaza permanent asupra Pamantului, impreuna cu radiatiile care se produc prin dezintegrarea naturala a elementelor radioactive din scoarta pamantului si cu gazul radon din atmosfera, alcatuind fondul natural de radiatii terestre.

Atunci cand asupra organismelor dintr-o populatie actioneaza un factor de stres fizic sau chimic, respectiv un factor mutagen, probabilitatea producerii unor mutatii este semnificativ mai mare si, de regula, are loc o crestere a frecventei mutatiilor.

Mutatiile naturale au o frecventa foarte variata in functie de conditiile de mediu si de genele afectate. Frecventa mutatiilor se poate calcula numai pentru o anumita gena, dar insumand valoarea frecventei mutatiilor pentru toate genele se poate estima frecventa mutatiilor per genom.

Rata mutatiilor nu este constanta, ci depinde de diferiti factori, printre cei mai importanti fiind genotipul si conditiile de mediu. Genotipul poate influenta intr-o masura foarte importanta rata mutatiilor, mai ales la acele organisme la care s-a demonstrat existenta asa-numitelor gene mutatoare, care maresc frecventa mutatiilor la diferite alte gene. Cauzele posibile ale activarii la nivel molecular a mecanismului de actiune al genelor mutatoare pot fi:

a) prezenta unei polimeraze anormale, care determina erori in replicatia ADN;

b) producerea unor analogi ai bazelor azotate cu caracter mutagen, care in cursul replicatiei ADN sunt inclusi in macromolecula respectiva;

c) modificarea unor baze azotate din macromolecula de ADN, avand ca rezultat aparitia de erori in cursul replicatiei.

Descoperirea unei gene care codifica producerea unei polimeraze anormale la organisme caracterizate printr-o frecventa marita a mutatiilor reprezinta o dovada in sprijinul acestei ipoteze.

Factorii Mutageni

Faptul ca radiatiile pot induce mutatii este cunoscut inca din anul 1927, cand H.J. Muller a demonstrat cresterea semnificativa a frecventei mutatiilor induse artificial in raport cu aceea a mutatiilor spontane. Ulterior s-a descoperit ca numeroase substante chimice (compusi chimici naturali sau de sinteza) au efect mutagen. S-a demonstrat apoi ca socurile termice pot de asemenea induce aparitia de mutatii la unele organisme, prin favorizarea instabilitatii materialului genetic si a replicarii sale eronate.

Factorii mutageni pot fi clasificati asadar in:

factori mutageni fizici;

(2) factori mutageni chimici;

(3) factori mutageni biologici.

Indiferent de categoria din care fac parte, actiunea constanta sau prelungita a agentilor mutageni determina a marire considerabila a frecventei mutatiilor.

Factorii mutageni fizici

In grupa factorilor mutageni fizici sunt incluse radiatiile ionizante si neionizante, precum si socurile de temperatura. Radiatiile care pot provoca mutatii la nivelul diferitelor unitati ale materialului genetic (gene, cromozomi, genom) sunt clasificate astfel:

Radiatii neionizante (care genereaza reactii fotochimice):

- raze ultraviolete (UV)

Radiatii ionizante (care genereaza reactii radiochimice):

Radiatii electromagnetice:

- raze X (Röntgen)

- raze gamma (g

Radiatii corpusculare

- raze beta (electroni)

- protoni (nuclei de hidrogen)

- neutroni lenti sau rapizi

- raze alfa (nuclei de heliu)

- particule grele

Radiatiile neionizante sunt radiatiile ultraviolete (UV), care fac parte din spectrul solar invizibil, fiind constituite din fotoni cu energie joasa (circa 3-5 ergi/m²) si cu o lungime de unda cuprinsa intre 136 si 4.000 Å.

Actiunea radiatiilor UV se exercita prin absorbtia energiei fotonilor cu diferite lungimi de unda de catre moleculele substratului, care intra intr-o stare de excitatie. Consecinta acestei stari este aparitia unor reactii chimice fluorescente si fosforescente, si transmiterea energiei moleculei excitate unei alte molecule. Asemenea fenomene provoaca reactii chimice secundare variate in functie de substratul asupra caruia se exercita actiunea si de lungimea de unda a razelor UV.

Radiatiile ionizante includ radiatiile electromagnetice si radiatiile corpusculare, care au un efect similar asupra substratului. Acestea se exercita ca unde sau ca particule incarcate cu energie diferita si actioneaza la nivelul atomilor, fiind capabile sa dezorganizeze sferele de electroni care inconjoara nucleul atomic.

Se stie ca atomul neutru este intr-un echilibru electrostatic, numarul sarcinilor electrice pozitive din nucleul atomic fiind egal cu cel al sarcinilor electrice negative ale electronilor.

Radiatiile electromagnetice, datorita energiei si a vitezei lor foarte mare, sunt capabile sa smulga unul sau mai multi electroni de pe orbita exterioara a atomilor neutri intalniti in drumul lor. Prin pierderea unui electron, atomul ramane cu o sarcina electrica pozitiva in plus, devenind ion pozitiv sau cation. Electronul eliberat nu ramane liber, ci se ataseaza unui alt atom care, primind o sarcina electrica negativa, devine ion negativ sau anion. Acest proces poarta numele de ionizare. Desi ionii produsi in urma iradierii au o viata foarte scurta, de ordinul a 10^-6 dintr-o secunda, totusi ei au posibilitatea de a intra intr-o serie de reactii chimice cu substantele din materia iradiata, determinand aparitia unor compusi noi.

Dintre radiatiile ionizante, cele mai puternice sunt radiatiile electromagnetice si in special razele gamma si razele Röntgen, care au o lungime de unda mica si putere foarte mare de penetratie.

Razele gamma, care iau nastere in cursul dezintegrarii radioactive, au lungimea de unda cea mai mica, cuprinsa intre 0.005 si 1.4 Å. Cea mai cunoscuta sursa de radiatii gamma este cobaltul radioactiv (⁶⁰Co).

Razele Röntgen (X) sunt radiatii electronomagnetice cu actiune similara razelor gamma, avand o lungime de unda cuprinsa intre 0.06 si 100 Å si o energie de activare de 0.01-0.1 MeV. Puterea lor de penetratie este mai mica decat aceea a radiatiilor gamma, dar suficient de mare pentru a provoca o ionizare puternica.

Tot din grupa radiatiilor ionizante fac parte radiatiile corpusculare cum sunt razele a (nuclei de heliu), razele b (electroni), protonii (nuclei de hidrogen), neutronii si diverse particule grele, emise de asemenea in timpul dezintegrarii radioactive a unor elemente.

Razele alfa (a sunt formate din nuclei de heliu, alcatuiti fiecare din doi protoni, cu o masa de circa 7.000 de ori mai mare decat electronul, ceea ce le confera o putere de penetratie foarte mica. Distanta maxima de patrundere a particulelor alfa emise de exemplu de radium este de aproximativ 4 cm in aer si aproximativ 0.07 mm in tesuturile biologice, ceea ce face ca utilizarea lor in lucrarile de mutageneza sa fie limitata.

Razele beta (b reprezinta un flux de electroni expulzati de nucleele atomice cu o viteza de 10.000-300.000 km/sec, avand o masa mica si o putere penetranta de circa 200 de ori mai mare ca a razelor alfa. Sursele cele mai cunoscute de raze beta ce pot induce mutatii sunt izotopii radioactivi ai fosforului (³²P) sau sulfului (³⁵S).

Neutronii sunt particule elementare neutre emise in cursul unor reactii nucleare, in special in reactiile de dezintegrare a nucleului de uraniu si de plutoniu. Fiind lipsiti de sarcina electrica ei sunt atrasi sau respinsi de electroni sau nuclei materiei prin care trec.

In functie de energia pe care o poseda, neutronii pot fi rapizi (cu energii mai mari de 0.5 MeV), cu o viteza medie (avand o energie care variaza intre 0.5 MeV si 1 KeV), lenti (cu energie cuprinsa intre 1 KeV si 1 eV) si termici (cu energie sub 0.1 eV).

In urma ciocnirilor cu nucleii atomici ai materiei pe care o strabat, neutronii incep fie sa emita protoni (ca in cazul iradierii cu neutroni rapizi), fie pot patrunde in nucleu, fiind capturati de acesta (ca in cazul iradierii cu neutroni lenti sau termici). In ambele situatii, iradierea cu neutroni duce la producerea unui numar de particule incarcate electric si ioni, care genereaza reactii chimice noi, caracteristice materialelor ionizate.

Masurarea radiatiei. Unitatea de masura folosita curent pentru radiatiile ionizante este rad-ul (radiation absorbed dose), care reprezinta cantitatea de energie absorbita de 1 gram de materie vie sau nevie.  In paralel cu rad-ul (R) este frecvent folosita o alta unitate de masura, respectiv gray-ul (Gy). Cele doua moduri de cuantificare a dozelor de iradiere sunt compatibile, intrucat 1kR (1.000 razi) este echivalentul a 100 Gy.

Pentru studiul efectelor radiatiilor asupra organismului uman se foloseste rem-ul (röntgen equivalent man). Aceasta unitate de masura este o varianta a röntgen-ului (r). Un röntgen este egal cu cantitatea de radiatii capabile sa produca 2.08 x 10⁹ perechi de ioni intr-un cm³ de aer la 0°C si la presiunea atmosferica de 760 mm Hg. Cantitatea de radiatii corespunzatoare unei unitati röntgen este capabila sa provoace intr-un tesut viu formarea unei cantitati de ioni de aproximativ 1.000 de ori mai mare, respectiv 2,08 x 10¹².

Pentru masurarea radiatiei neutronilor rapizi se foloseste ca unitate de masura echivalentul fizic röntgen, care reprezinta energia folosita pentru ionizare, echivalenta cu energia absorbita de 1 g de apa iradiata cu 1 r de raze X. Masurarea dozelor de neutroni termici se face direct, prin determinarea cantitatii de neutroni cu care este bombardata intr-o secunda o suprafata de 1 cm² din materialul iradiat (N^t/cm²/s).

Radiosensibilitatea organismelor

Diferitele organisme prezinta diferente considerabile in ce priveste radiosensibilitatea. Pentru masurarea radiosensibilitatii se folosesc notiunile de doza letala 100 (DL 100) si doza letala 50 (DL 50), care reprezinta doza la care, intr-un interval de 30 zile, mor toti subiectii supusi iradierii, sau 50%.

Efectele radiatiilor la nivel celular sunt foarte variate, ele determinand incetinirea sau blocarea diviziunilor mitotice, pierderea definitiva a capacitatii de diviziune neinsotita de moartea celulelor (sterilizarea celulelor), moartea celulelor dupa mai multe ore de la iradiere (fara ca ele sa mai intre in diviziune mitotica) sau, in cazul dozelor foarte mari de radiatii (iradiere acuta), moartea instantanee a celulelor.

Indiferent de tipul de iradiere, respectiv cronica (de intensitate scazuta si durata lunga) sau acuta (de intensitate mare si durata scurta), cele mai afectate componente ale celulei sunt nucleul si cromozomii, deci materialul genetic.

Variatia radiosensibilitatii la unele organisme vegetale si animale.

In general, frecventa mutatiilor creste proportional cu doza de iradiere. De exemplu, la Antirrhinum majus frecventa mutatiilor la 400 R este de 1.24%, iar la doza de 800 R creste pana la 4.41%. In mod similar, la Drosophila melanogaster frecventa mutatiilor letale la o doza integrata de iradiere de 750-770 R este de 2.7%, iar la doza de 9.000 R (9 kR) atinge 18.3%.

Varietati de Antirrhinum majus (stanga) si mutante: plena (centru)

si deficiens (dreapta)

Efectele genetice ale radiatiilor

Sub influenta radiatiilor ionizante se pot produce ruperi ale cromozomilor, acestea fiind urmate cel mai adesea de restructurari cromozomiale.

Ca urmare a unei singure rupturi cromozomiale, apare un fragment acentric, care de obicei are tendinta de a se uni cu capatul liber al cromozomului care a fost afectat de rupere. Daca prin aceasta reunire, care poarta denumirea de restitutie, secventa normala a genelor nu este alterata, cromozomul va fi normal atat structural cat si functional.

Un tip de modificare structurala a cromozomilor care se poate produce ca urmare a radiatiilor ionizante este deletia, caz in care ruperea nu este urmata de reunirea fragmentului acentric cu restul cromozomului. Efectele genetice ale deletiei depind de marimea fragmentului pierdut si de importanta genelor situate pe el.

Daca ruperea unui cromozom este urmata de reunire, dar inainte de reunire fragmentul acentric face o rotatie de 180s, cromozomul va fi modificat din punct de vedere structural, in sensul schimbarii ordinii locilor. Acest tip de modificare poarta denumirea de inversie terminala sau paracentrica. In cazul in care cromozomul sufera doua ruperi, cu producerea a trei segmente, dintre care numai segmentul care poarta centromerul isi schimba orientarea, modificarea poarta denumirea de inversie pericentrica.

Alteori, un astfel de fragment se poate suda la capatul unui cromozom neomolog determinand o translocatie terminala.

In cazul producerii de ruperi simultane in doi cromozomi neomologi poate avea loc schimbul reciproc de fragmente acentrice intre ei, acest tip de restructurare intracromozomiala fiind denumita translocatie reciproca, care, in general, are o frecventa mai mare decat translocatia terminala.

Daca fragmentele translocate au centromeri, se vor forma cromozomi dicentrici sau policentrici.

Prin sudarea fragmentului acentric la cromozomul omolog se produce un alt tip de restructurare intracromozomiala denumita duplicatie.

In functie de modificarea sau nu a ordinii genelor inainte de sudura, aceasta poate fi duplicatie in tandem, cand sudura nu schimba ordinea genelor, sau duplicatie in tandem invers, cand ordinea initiala a genelor este schimbata ca urmare a rotirii fragmentului acentric inainte de sudura.

Duplicatia in tandem invers poate avea efecte genetice majore, intrucat prin efectul de pozitie poate fi afectata expresia caracterelor codificate de genele afectate de restructurarea intracromozomiala.

Duplicatiile au o frecventa mai mare decat deletiile, dar spre deosebire de acestea sunt foarte rare cazurile in care au efect letal.

Fragmentele acentrice se pot suda si ele, formand cromozomi inelari, dar acestia se vor pierde la urmatoarea diviziune celulara, ca urmare a lipsei centromerului.

Adeseori, cromozomii dicentrici sau policentrici formeaza punti in anafaza, acest tip de aberatii cromozomiale determinand aparitia de gameti nefunctionali.

Este un fapt incontestabil ca plantele cu cromozomi mari sunt mai susceptibile la aparitia de ruperi ale cromozomilor sau cromatidelor, decat cele cu cromozomi mici, deci au o radiosensibilitate mai ridicata. Se considera insa ca aproximativ 90-95% dintre rupturile primare se reunesc in configuratia initiala (proces denumit restitutie) intr-un interval cuprins intre cateva minute si cateva ore. Celelalte rupturi, care nu refac configuratia initiala, pot evolua pe urmatoarele doua cai:

(a) pot ramane deschise;

(b) se pot suda "nelegitim" cu capetele rupte ale altor cromozomi,
avand ca rezultat producerea de translocatii.

Aberatiile de primul tip apar ca simple rupturi detectabile in mitoza, iar fragmentele de cromozomi fara centromer se pot pierde, caz in care poate avea loc si o pierdere de informatie genetica.

Aberatiile de al doilea tip presupun existenta simultana a doua rupturi deschise, aflate in imediata apropiere.

Pe baza relatiei intre frecventa aberatiilor si doza de iradiere s-a ajuns la concluzia ca in cazul radiatiilor X si gamma, o singura particula are o probabilitate mica de a produce doua rupturi, fapt care este insa perfect posibil in cazul radiatiilor dens ionizante.

Din aceasta cauza, in cazul radiatiilor X sau gamma, existenta a doua rupturi deschise presupune producerea a doua rupturi independente si de aceea frecventa aberatiilor de acest tip este egala cu produsul frecventelor celor doua rupturi simple pe care le presupune.

Asadar, daca frecventa aberatiilor de primul tip este dependenta de doza, frecventa celor de al doilea tip este functie de patratul dozei.

Pentru a explica aparitia unor astfel de aberatii cromozomiale ca urmare a iradierii, exista doua ipoteze:

Ipoteza rupturii primare considera ca efectul primar al unui agent exogen este o ruptura cromatidica sau cromozomica la nivelul unui cromozom interfazic. Ipoteza presupune ca, de obicei, capetele de ruptura se reunesc pentru a restaura configuratia originala (restitutie), dar pot exista cazuri in care capetele de ruptura pot ramane deschise sau se pot suda cu capetele altei rupturi. Rezultatul unei astfel de fuziuni a capetelor de la diferite rupturi ale cromatidelor duce la realizarea a diferite schimburi cromatidice.

Ipoteza schimburilor considera ca efectul primar al iradierii nu este o ruptura, ci un alt tip de leziune la nivelul cromozomului, care poate reveni la starea normala sau poate da nastere unui schimb. Cand astfel de leziuni coincid in timp si spatiu cate doua, ele se pot transforma (intr-un stadiu ulterior) in schimb cromatidic.

Refacerea cromozomilor

Se considera ca leziunile produse de iradierea cu agenti mutageni pot suferi un proces de restructurare spontana, dar aceasta poate fi provocata si de factori fizici, sau de anumite substante cum sunt unii aminoacizi sau proteine, derivati purinici si pirimidinici, nucleoside si nucleotide, diferite enzime, etc.

Ipotezele referitoare la mecanismele moleculare ce stau la baza repararii leziunilor cromozomice sau cromatidice si la reunirea cromozomilor rupti se bazeaza fie pe replicarea ADN ca proces esential al restaurarii, fie pe implicarea unor proteine (enzime) in refacerea cromozomilor, fie pe ambele procese. In acest sens s-a demonstrat de altfel ca o serie de enzime de tipul endonucleazelor, exonucleazelor, polimerazelor, etc., au un rol foarte important in procesul de refacere a cromozomilor afectati de iradiere.

Efectele genetice ale radiatiilor ionizante sunt dependente de doza, debitul dozei, tipul radiatiei, viteza diviziunii celulare (durata ciclului mitotic), numarul si lungimea cromozomilor, concentratia oxigenului intracelular si extracelular, eficienta mecanismelor de reparare moleculara a ADN, reversibilitatea leziunilor cromozomiale.

Factori mutageni chimici

Gama substantelor chimice capabile sa induca mutatii (genice, cromozomiale si genomice) este foarte larga. Deoarece multe dintre aceste substante au asupra cromozomilor efecte similare radiatiilor, provocand de exemplu ruperi, au primit denumirea de substante radiomimetice.

Substantele chimice pot induce aberatii variate de tip cromozomial, cromatidic si subcromatidic. In general, insa, substantele chimice mutagene induc aberatii de tip cromatidic si numai putine substante (de exemplu 8-etoxicofeina si streptonigrina) produc aberatii de tip cromozomial sau subcromatidic.

Agentii chimici care produc rupturi si restructurari cromozomiale sunt clasificati astfel:

a) precursori ai ADN si analogi ai bazelor azotate;

b) agenti alkilanti;

a) unele antibiotice;

b) alti factori mutageni chimici

Efectul agentilor mutageni chimici este dependent de durata de contact, concentratia, si nu in ultimul rand de o serie de factori fizici externi (pH, concentratia O₂, temperatura, etc).

Agentii mutageni chimici afecteaza mai ales interfaza si profaza timpurie. Substantele chimice cu efect in perioadele G₁ sau S ale interfazei vor inhiba replicarea cromozomilor prin actiunea lor asupra sintezei de ADN, pe cand cele cu efect in G₂ vor afecta numai formarea cromatidelor libere, intrucat in acest stadiu ADN si cromozomii sunt deja replicati.

Unii agenti chimici, cum sunt adenina, 5-fluordeoxiuridina, azaserina, aminopterina, etc., blocheaza sinteza ADN si a precursorilor sai.

Alti agenti, cum sunt mitomicina-C, actinomicina-D, hidrazida maleica, agentii alkilanti, etc., modifica proprietatile chimice si fizice ale ADN.

Se considera ca blocarea sintezei unei anumite baze azotate determina probabil aparitia unor erori in procesul de imperechere normala a nucleotidelor purinice si a celor pirimidinice in macromolecula de ADN.

Cel mai puternic agent mutagen chimic s-a dovedit a fi antibioticul azaserina, care blocheaza sinteza bazelor azotate purinice, acesta fiind, in acelasi timp, si un puternic alkilant.

O alta categorie de substante chimice cu efect mutagen este aceea care include derivatii halogenati ai benzenului si toluenului, aminopurinele, cafeina, teofilina si teobromina, care inhiba citochineza la plante, avand ca efect inhibarea diviziunii celulare fara a afecta diviziunea cromozomului sau respectiv a nucleului.

Cai de modificare a ADN sub actiunea unor agenti chimici mutageni

O categorie distincta de agenti chimici mutageni este aceea a substantelor care actioneaza asupra fusului de diviziune. Inhibarea formarii fusului are ca efect oprirea diviziunii celulei, fara a fi insa afectati cromozomii, care isi continua diviziunea in mod normal.

Precursori ai ADN si analogi ai bazelor azotate

Din aceasta grupa fac parte un numar relativ mare de substante chimice cu efect de rupere a cromozomilor si care induc mutatii, cum sunt: adenina, dezoxiadenozina, 5-fluordezoxiuridina, 5-bromdezoxiuridina,   5-clordezoxiuridina, 5-iododezoxiuridina, citozina arabinozida, oxipurinele N-metilate (teobromina, cafeina, 8-etoxicafeina, teofilina, acidul 1,3,7,9-tetrametiluric), 2-aminopurina, 2-6-diaminopurina, 5-bromuracilul, 5-cloruracilul, 5-ioduracilul, 5-floruracilul, etc.

Agenti alkilanti

Din grupul agentilor alkilanti cu actiune mutagena fac parte numeroase substante chimice, printre care iperita, dietilsulfatul, epoxizii, b-propiolactona, azaserina, etc.

Modul de actiune al agentilor alkilanti. In general, desi exista mai multe ipoteze privind procesele care duc la aparitia aberatiilor cromozomiale, se considera ca acestea sunt cel mai probabil rezultatul sensibilitatii foarte mari la alkilare a ADN. Agentii alkilanti actioneaza numai in perioada S a ciclului mitotic, deoarece in celelalte perioade ADN cromozomial este protejat de alte substante.

Actiunea mutagena a 5-bromuracilului (5BU)

Sub actiunea agentilor alkilanti, ADN este denaturat, devenind monocatenar. Fenomenul de alkilare a ADN continua apoi prin separarea bazelor purinice alkilate de lantul format de zaharuri si radicali fosforici. Ca urmare are loc ruperea lantului polinucleotidic al ADN.

Antibiotice cu efect mutagen

Este un fapt bine cunoscut ca mitomicina C, un antibiotic produs de ciuperca Streptomyces caespitotus, induce aberatii cromozomiale cu o frecventa apreciabila, atat la plante, cat si la animale. Acest antibiotic are un puternic efect inhibitor asupra sintezei de ADN, fara a influenta marcant sinteza ARN si a proteinelor.

Mitomicina C induce de asemenea degradarea ADN si actioneaza ca un agent alkilant, afectand preferential regiunea constrictiilor secundare.

Alti factori mutageni chimici

In aceasta categorie de factori mutageni este inclusa o multitudine de substante chimice al caror mecanism de actiune asupra acizilor nucleici este foarte variat si in mare masura necunoscut. Printre aceste substante se numara acidul nitros, hidroxilamina, hidrazina, clorura de mangan, peroxidul de hidrogen, unele metale grele, unii alcaloizi, unii coloranti (de exemplu, acridin orange), etc.

Acidul nitros (HNO₂) este unul dintre agentii mutageni al carui efect este cunoscut de foarte mult timp, dar al carui mod de actiune la nivelul acizilor nucleici a fost descoperit abia in urma cu 3 decenii.

Producerea de mutatii la nivelul macromoleculei de ADN

sub actiunea acidului nitros

Acidul nitros este capabil sa induca modificari atat in macromolecula de ADN, cat si in cea de ARN, mecanismul sau molecular de actiune constand in dezaminarea unor baze azotate, ceea ce determina transformarea adeninei in hipoxantina, a citozinei in uracil si a guaninei in xantina.

Mecanismul molecular al mutatiilor

Cauzele care duc la aparitia mutatiilor pot fi urmatoarele:

modificarea structurii macromoleculei de ADN;

deletia sau aditia uneia sau mai multor nucleotide in macromolecula de ADN;

substitutia uneia sau mai multor nucleotide in macromolecula de ADN;

inversia unei secvente de nucleotide din macromolecula de ADN.

Sub influenta diversilor factori mutageni se produc erori in procesul de replicatie a acizilor nucleici, care duc la aparitia de mutatii. Inlocuirea unei baze purinice in macromolecula de ADN sau ARN cu o alta baza purinica (A G), sau a unei baze pirimidinice cu o alta baza pirimidinica (T C) este denumita tranzitie, in timp ce schimbarea unei baze purinice cu o baza pirimidinica sau invers (A T; A C; G T; G C) este denumita transversie.

O cauza a unor astfel de erori o constituie existenta unor baze azotate sub forma tautomerica rara, aparute de exemplu prin schimbarea pozitiei unui atom de hidrogen.

Forme tautomerice rare ale bazelor azotate

In mod normal, adenina se imperecheaza in lantul polinucleotidic cu timina, insa forma tautomerica a adeninei se poate imperechea cu citozina, adica A-T devine A-C. Tinand seama ca citozina are afinitate chimica pentru guanina, la replicatia urmatoare a macromoleculei de ADN, legatura A-C se transforma in G-C. Aceasta inseamna in fapt ca perechea de baze azotate A-T este inlocuita de perechea de baze G-C, fiind astfel modificata informatia genetica prin mutatie.

Modificarea unor nucleotide prin deaminare

Erorile de includere a unor nucleotide in macromolecula de ADN si erorile de replicatie a ADN constituie, la nivel molecular, mecanismele de baza care realizeaza modificarea informatiei genetice si respectiv aparitia procesului mutational.

Cercetarile privind mecanismul molecular al procesului de mutageneza au aratat asadar ca factorii mutageni actioneaza, de obicei, la nivelul acizilor nucleici, determinand consecinte genetice importante. Modul de actiune al agentilor mutageni este foarte variat, acestia provocand diferite modificari, cum sunt inlocuirea unor nucleotide, aditia sau deletia de nucleotide, rupturi sau chiar depolimerizari ale macromoleculei de ADN, etc. O parte dintre aceste modificari se stabilizeaza in procesul replicatiei acizilor nucleici, fapt ce determina modificari structurale in macromoleculele de ADN si ARN. Ca urmare, apar modificari ale informatiei genetice si respectiv ale procesului de biosinteza a proteinelor.

Mutatiile la nivelul macromoleculelor de ADN nu sunt intotdeauna reflectate in schimbari ale secventei aminoacizilor, din cauza codului genetic degenerat. De exemplu, codonii UAU si UAC codifica acelasi aminoacid, si anume tirozina. Ca urmare, schimbarea nucleotidei ce contine uracil (U) cu o nucleotida ce contine citozina (C) in pozitia a treia a codonului nu are ca efect substituirea (inlocuirea) aminoacidului respectiv.

Dintre cei 64 de codoni, un numar de 3 (UAA, UAG, UGA) servesc pentru marcarea terminarii secventei de aminoacizi a unei catene polipeptidice.

O mutatie a acestor 3 codoni nu are efecte asupra secventei de aminoacizi si ca urmare o astfel de mutatie a fost denumita mutatie nonsens.

Daca insa are loc o mutatie care determina transformarea intr-un codon terminal a unuia dintre ceilalti 61 de codoni, aceasta poate avea ca efect incheierea prematura a secventei de aminoacizi si deci formarea unei catene polipeptidice mai scurte.

Efecte ale mutatiilor produse la nivelul secventelor de nucleotide

Mutatia non-sens

Mutatiile care afecteaza unul dintre cei 61 de codoni si determina de obicei inlocuirea unui aminoacid cu altul, se numesc mutatii cu sens gresit. Datorita fenomenului colinearitatii, mutatia unui codon dintr-o anumita pozitie din secventa de nucleotide are ca rezultat inlocuirea unui aminoacid cu altul in pozitia corespunzatoare din catena polipeptidica.

Mutatiile care afecteaza codonii, dar care nu duc la inlocuirea unui aminoacid cu altul, se mai numesc mutatii sinonime sau mutatii neutre.

PRODUCEREA DE MUTATII SI RECOMBINARI GENETICE

CA REZULTAT AL ACTIVITATII ELEMENTELOR

GENETICE TRANSPOZABILE

In genomul multor specii de microorganisme, plante si animale, sunt prezente copii multiple ale unor secvente de ADN care au capacitatea de a-si schimba pozitia dintr-un locus in altul. Intrucat aceste secvente de ADN, care au primit denumirea de elemente genetice transpozabile sau transpozoni, pot fi integrate in noul locus in cadrul genomului prin alte mecanisme decat omologia secventelor de nucleotide, ele pot determina recombinarea genetica nelegitima. De asemenea, elementele genetice transpozabile pot cauza mutatii, modificari in reglajul genetic al unor gene, activarea sau inactivarea unor gene si a celor adiacente locusului de integrare, restructurari cromozomiale (deletii, inversii, duplicatii, translocatii).

Pana in prezent au fost bine descrise 4 categorii de transpozoni:

1) elemente de control, din care au fost deja descoperite 8 familii;

2) elemente de tip retroviral;

3) Mu (abreviere pentru mutator);

4) insertii biologic necaracterizate, cu structura similara

transpozonilor.

Elementele de control pot fi, la randul lor, grupate in doua clase:

- prima clasa include elementele autonome, care contin toata informatia necesara pentru propria lor transpozitie, dar a caror activitate (in ciuda autonomiei) poate fi afectata atat de fondul genotipic cat si de factorii de mediu;

- a doua clasa contine elementele neautonome, care pot fi mobilizate doar in prezenta (oriunde in genom) unui element activ inrudit. Astfel, fragmentul inactiv, mobilizat, si activatorul formeaza un sistem dublu-element.

Cel mai bine cunoscut sistem de acest fel este Ac-Ds. Majoritatea elementelor Ds sunt considerate a fi elemente Ac degenerate, in sensul ca sunt inrudite cu elementele active Ac, dar au suferit mutatii si/sau deletii care le-au inactivat functia de transpozitie. Totusi, multe elemente Ds sunt omologe cu elementele active Ac doar in secventele terminale repetate, care sunt tinte necesare in procesul de transpozitie. Astfel, un membru neautonom al unei familii dublu-element poate fi construit din segmente terminale adecvate care definesc capetele fragmentelor de mobilizat, separate de orice secventa.  

Elementele genetice transpozabile Ac si Ds

Elemente genetice transpozabile (transpozoni) complexe, continand gene pentru rezistenta la antibiotice (Tn10; Tn55) si metale grele (Tn3)

Limita superioara de marime a fragmentelor care pot fi mobilizate de transpozoni nu a fost inca determinata, dar se apreciaza ca marimea acestora poate fi de ordinul sutelor de kb.

Secventa de baze pentru integrare pare sa fie in mod esential randomizata, dar relatia dintre situsul de origine al elementului si situsul in care se transpozeaza nu este in mod necesar randomizata. Astfel, Ac se deplaseaza mult mai frecvent in pozitii apropiate celei de origine, decat in pozitii indepartate si rareori se transpozeaza intre cromozomi. Ac este in mod obisnuit prezent in genom intr-un numar redus de copii, asa incat este relativ simplu de urmarit transpozitia, atat in termeni genetici cat si moleculari. In fapt, frecventa de transpozitie este cu atat mai redusa cu cat numarul de copii ale Ac este mai ridicat. In mod contrastant, Mu pare sa se deplaseze randomizat in interiorul genomului, fara a fi limitat la transpozitii scurte. Fagul Mu este capabil sa se insereze in diverse locusuri in cromozomul bacterian, provocand o gama larga de mutatii diferite. Ulterior s-a descoperit ca acesta este de fapt un transpozon, care poate sa existe si sub forma unui virus temperat. Capacitatea de replicare a fagului Mu este asociata cu cea de transpozitie, ceea ce poate determina o serie remarcabila de rearanjamente cromozomiale, cum sunt fuziunea intre doua molecule separate si autoreplicabile independent (repliconi), deletia unor secvente de nucleotide, inversia unor astfel de secvente, etc.

Se afirma ca transpozitia poate avea sau nu efecte detectabile, insa insertia unui element genetic transpozabil intr-o secventa de codificare determina cu mare probabilitate inactivarea genei respective. Totodata, s-a sugerat ca excizia imprecisa a elementelor transpozabile poate genera rearanjamente (deletii, inversii) ale secventelor cromozomale adiacente.

Mutatii induse de activitatea transpozonilor la Petunia

Structura Moleculara a Transpozonilor

Cei mai simpli transpozoni sunt cei descoperiti la bacterii si cunoscuti acum sub denumirea de secvente de insertie sau elemente IS. Similar elementelor genetice transpozabile de la eucariote, acesti transpozoni mici poseda secventele invers repetate la capetele lor si codifica propria transpozaza (proteina enzima necesara pentru producerea exciziei si realizarea transpozitiei); transpozonii bacterieni codifica de asemenea una sau mai multe proteine implicate in reglarea ratei transpozitiei.

Transpozonii complecsi au dimensiuni mai mari, deoarece pe langa genele necesare transpozitiei contin si una sau mai multe gene mobile transpozabile, cum ar fi gene pentru rezistenta la antibiotice, toxine, etc. Ca structura, un transpozon complex include un segment de ADN mai mare, avand la extremitati cate un transpozon simplu (IS), iar in partea centrala gena sau genele ce sunt transpozate.

Transpozonii sunt in mod obisnuit desemnati prin abrevierea Tn urmata de un numar (de exemplu Tn5). Cand trebuie sa se faca referire la genele purtate de un astfel de element, se foloseste si abrevierea pentru acestea. De exemplu Tn5(neo-r ble-r str-r) contine genele pentru rezistenta la trei antibiotice diferite: neomicina (kanamicina), bleomicina si streptomicina. Aceste gene reprezinta markeri, care fac usoara detectarea transpozitiei unui element complex.

La Escherichia coli sunt cunoscuti mai multi transpozoni complecsi, cum sunt Tn3, Tn5, Tn10, etc. De exemplu, transpozonul Tn3 este constituit dintr-un segment de ADN de 4.957 pb, care are in partea centrala gena pentru rezistenta la ampicilina, iar transpozonul Tn10 are o marime de 9.300 pb si poseda gena pentru rezistenta la tetraciclina. Exista si transpozoni complecsi mai mari, cum este transpozonul Tn2571, care are o marime de 23.000 pb si poseda concomitent mai multe gene de rezistenta (la streptomicina, cloramfenicol, sulfonamide, etc).

Un tip particular de elemente genetice transpozabile este acela al retrotranspozonilor, considerati ca fiind inruditi (la origine) cu retrovirusurile care infecteaza celulele eucariote. Retrovirusurile sunt virusuri care au dobandit capacitatea de a se insera in genomul celular sub forma de provirusuri, iar sub forma libera, adica de virioni sau particule virale, pot circula de la o gazda la alta, spre deosebire de retrotranspozoni care  pot circula numai in cadrul genomului celular. Retrovirusurile si retrotranspozonii se aseamana in mod deosebit prin faptul ca mobilitatea lor se realizeaza prin intermediul ARN.

S-a demonstrat ca intre retrovirusuri, provirusuri si elementele genetice transpozabile exista similaritati structurale considerabile. Astfel, s-a observat ca, dupa transpozitie, transpozonii sunt legati de o secventa repetitiva inversata de pana la 1.500 pb. Secventa repetitiva directa ia forma unei duplicatii de 4 pana la 12 pb la locusul de insertie in genom. Studiul locusurilor de insertie a unor provirusuri si retrovirusuri a dus la constatarea ca insertia in genomul celular se realizeaza in regiuni unde exista o secventa repetitiva de 5 pb, alaturi de o secventa inversata formata din 3 pb, secventele respective fiind insa diferite pentru diferitele virusuri.

Se considera ca in cursul procesului evolutiv, prin captarea de catre transpozoni a unor gene pentru sinteza unor proteine (evident, proteine pentru constructia capsidei), ele au dobandit capacitatea de a circula nu numai in cadrul genomului, ci si extracelular, devenind retrovirusuri. Mai mult, s-a constatat ca transpozonii pot fi transportati de catre virusuri peste barierele de specie, virusurile fiind de obicei capabile sa infecteze mai multe specii. Transpozonii pot deci circula orizontal de la o specie la alta prin intermediul virusurilor, devenind un factor important pentru procesul evolutiv, ca urmare a modificarilor importante pe care le pot determina in materialul genetic al diverselor specii.

Influenta elementelor genetice transpozabile in modificarea genomului se realizeaza prin sporirea variabilitatii genetice si prin frecventa mai ridicata cu care organismele pot suferi mutatii.

Tipuri de Transpozitie

De regula, transpozonii pot migra si se pot insera in orice locus din genom, desi uneori prefera sa se insereze in anumite secvente de nucleotide. S-a demonstrat existenta a trei moduri distincte de realizare a transpozitiei elementelor genetice transpozabile:

1) transpozitie simpla;

2) transpozitie replicativa;

3) retrotranspozitie.

Prin transpozitia simpla are loc migrarea unui element genetic transpozabil intr-un alt locus din genom, determinand astfel aparitia unui gol (gap) in vechiul loc de insertie. Insertia sa in noul locus are ca rezultat inducerea unor restructurari cromozomiale, inactivarea unei gene sau a genelor adiacente, mutatii, etc.

Transpozitia replicativa se realizeaza prin replicarea transpozonului, urmata de migrarea copiei sale intr-un alt locus. Spre deosebire de transpozitia simpla, transpozitia replicativa determina o marire a numarului de copii ale transpozonului respectiv per genom.

Retrotranspozitia se realizeaza prin transcriptia transpozonului in ADN, urmata de migratia in noul locus, unde cu ajutorul enzimei revers-transcriptaza se produce transcriptia inversa in ADN. Sub aceasta forma, retrotranspozonii sunt inserati in noul locus printr-un proces de recombinare. Un exemplu de retrotranspozon este Ty de la Saccharomyces cerevisiae, care se pare ca este inrudit cu retrovirusurile care au genom ARN, cum este cazul virusului imunodeficientei dobandite umane (HIV).

De regula, mobilitatea transpozonilor este determinata de conditii de stres (de exemplu iradierea cu radiatii ionizante sau neionizante, socuri de temperatura, actiunea unor agenti chimici mutageni), iar inserarea lor in genom se realizeaza probabilistic.

Intrucat elementele genetice transpozabile pot fi integrate in noul locus in cadrul genomului prin alte mecanisme decat omologia secventelor de nucleotide, ele pot determina recombinarea genetica nelegitima, pot cauza mutatii, modificari in reglajul genetic al unor gene, activarea sau inactivarea unor gene si a celor adiacente locusului de integrare, restructurari cromozomiale (deletii, duplicatii, inversii, translocatii).

Elementele genetice transpozabile sunt asadar implicate in restructurarea genomului, de activitatea lor fiind dependenta intr-o masura importanta sporirea variabilitatii in conditii de stres si adaptarea la conditii noi, nefavorabile, de mediu.