Мейоз — основной этап образования половых клеток.
Первое деление мейоза. Во время мейоза происходит не одно, как при митозе, а два следующих друг за другом клеточных деления. Первому мейотическому делению предшествует интерфаза 1 — фаза подготовки клетки к делению, в это время происходят те же процессы, что и в интерфазе митоза.
Первое мейотическое деление называют редукционным, так как именно во время этого деления происходит уменьшение числа хромосом, образуются две клетки с гаплоидным набором хромосом, однако хромосомы остаются, двухроматидными. Сразу же после первого деления мейоза совершается второе — по типу обычного митоза. Это деление называют эквационным, так как во время этого деления хромосомы становятся однохроматидными.
Биологическое значение мейоза: благодаря мейозу происходит редукция числа хромосом. Из одной диплоидной клетки образуется 4 гаплоидных. Благодаря мейозу образуются генетически различные гаметы, т.к. в процессе мейоза трижды происходит перекомбинация генетического материала: за счет кроссинговера; случайного и независимого расхождения гомологичных хромосом, а затем и хроматид. Благодаря мейозу поддерживается постоянство диплоидного набора хромосом в соматических клетках.
Первое и второе деление мейоза складываются из тех же фаз, что и митоз, но сущность изменений в наследственном аппарате другая.
Профаза 1. Самая продолжительная и сложная фаза мейоза. Состоит из ряда последовательных стадий. Гомологичные хромосомы начинают притягиваться друг к другу сходными участками и конъюгируют.
Конъюгацией, называют процесс тесного сближения гомологичных хромосом. Пару конъюгирующих хромосом называют
бивалентом. Биваленты продолжают укорачиваться и утолщаться. Хромосомный набор можно обозначить как 2п4с. Каждый бивалент образован четырьмя хроматидами. Поэтому его называют тетрадой. Важнейшим событием является
кроссинговер — обмен участками хромосом. Кроссинговер приводит к первой во время мейоза рекомбинации генов. В конце профазы 1 исчезают ядерная оболочка и ядрышко. Биваленты перемещаются в экваториальную плоскость. Центриоли, если они есть, перемещаются к полюсам клетки, и формируется веретено деления.
Метафаза 1 (2п; 4с). Заканчивается формирование веретена деления. Спирализация хромосом максимальна. Биваленты располагаются в плоскости экватора. Причем центромеры гомологичных хромосом обращены к разным полюсам клетки. Расположение бивалентов в экваториальной плоскости равновероятное и случайное, то есть каждая из отцовских и материнских хромосом может быть повернута в сторону того или другого полюса. Это создает предпосылки для второй за время мейоза рекомбинации генов. Нити веретена прикрепляются к центромерам хромосом.
Анафаза 1 (2п; 4с). К полюсам расходятся целые хромосомы, а не хроматиды, как при митозе. У каждого полюса оказывается половина хромосомного набора. Причем пары хромосом расходятся так, как они располагались в плоскости экватора во время метафазы. В результате возникают самые разнообразные сочетания отцовских и материнских хромосом, происходит вторая рекомбинация генетического материала.
Телофаза 1 (1п; 2с). У животных и некоторых растений хроматиды деспирализуются, вокруг них формируется ядерная оболочка. Затем происходит деление цитоплазмы (у животных) или образуется разделяющая клеточная стенка (у растений). У многих растений клетка из анафазы 1 сразу же переходит в профазу 2.
Второе деление мейоза. Интерфаза 2 (1п; 2с). Характерна только для животных клеток. Репликация ДНК не происходит. Вторая стадия мейоза включает также профазу, метафазу, анафазу и телофазу. Она протекает так же, как обычный митоз.
Профаза 2 (1п; 2с). Хромосомы спирализуются, ядерная мембрана и ядрышки разрушаются, центриоли, если, они есть, перемещаются к полюсам клетки, формируется веретено деления.
Метафаза 2 (1п; 2с). Формируются метафазная пластинка и веретено деления, нити веретена деления прикрепляются к центромерам.
Анафаза 2 (2п; 2с). Центромеры хромосом делятся, хроматиды становятся самостоятельными хромосомами, и нити веретена деления растягивают их к полюсам клетки. Число хромосом в клетке становится диплоидным, но на каждом полюсе формируется гаплоидный набор. Поскольку в метафазе 2 хроматиды хромосом располагаются
в плоскости экватора случайно, в анафазе происходит третья рекомбинация генетического материала клетки.
Телофаза 2 (1п; 1с). Нити веретена деления исчезают, хромосомы деспирализуются, вокруг них восстанавливается ядерная оболочка, делится цитоплазма.
Таким образом, в результате двух последовательный делений мейоза диплоидная клетка дает начало четырем дочерним, генетически различным клеткам с гаплоидный набором хромосом.
Задание: прочитайте текст, заполните таблицу.
Фазы мейоза
|
Изменения, происходящие в клетке
|
Рисунок
|
|
|
|
Решите задачу.
Хромосомный набор соматических клеток пшеницы равен 28. Определите хромосомный набор и число молекул ДНК в клетках семязачатка перед началом мейоза, в метафазе мейоза 1 и метафазе мейоза 2. Объясните какие процессы происходят в эти периоды и как они влияют на изменения числа ДНК и хромосом.
Решение: В соматических клетках 28 хромосом, что соответствует 28 ДНК.
-
-
Фазы мейоза
|
Число хромосом
|
Число ДНК
|
интерфаза 1 2п4с.
|
28
|
56
|
Профаза 1. 2п4с
|
28
|
56
|
Метафаза 1 (2п; 4с).
|
28
|
56
|
Анафаза 1 (2п; 4с).
|
28
|
56
|
Телофаза 1 (1п; 2с).
|
14
|
28
|
Интерфаза 2 (1п; 2с).
|
14
|
28
|
Профаза 2 (1п; 2с).
|
14
|
28
|
Метафаза 2 (1п; 2с).
|
14
|
28
|
Анафаза 2 (2п; 2с).
|
28
|
28
|
Телофаза 2 (1п; 1с).
|
14
|
14
|
перед началом мейоза число ДНК 56, так как они удвоились, а число хромосом не изменилось их 28.
В метафазе мейоза 1 число ДНК 56, число хромосом 28, гомологичные хромосомы попарно располагаются над и под плоскостью экватора, веретено деления сформировано.
-
В метафазе мейоза 2 число ДНК 28, хромосом 14, так как после редукционного деления мейоза 1 число хромосом и ДНК уменьшилось в 2 раза, хромосомы располагаются в плоскости экватора, веретено деления сформировано.
Задача 2.
Хромосомный набор соматических клеток пшеницы равен 28. Определите хромосомный набор и число молекул ДНК в клетках семязачатка перед началом мейоза, в анафазе мейоза 1 и анафазе мейоза 2. Объясните какие процессы происходят в эти периоды и как они влияют на изменения числа ДНК и хромосом.