D Genetica 2018 [625556]

Paula IANCU

Paula IANCU
GENETICĂ
EDITURA UNIVERSITARIA
Craiova, 2018

4 Referenți științifici:
Prof. univ. dr. Marin SOARE
Șef lucr. Ovidiu PĂNIȚĂ
Copyright © 2018 Universitaria
Toate drepturile sunt rezervate Editurii Universitaria
Descrierea CIP a Bibliotecii Naționale a României
IANCU, PAULA
Genetică / Paula Iancu. – Craiova : Universitaria, 2018
Conține bibliografie
ISBN 978-606 -14-1465-9
575
© 2018 by Editura Universitaria
Această carte este protejată prin copyright. Reproducerea integrală sau parțială,
multiplicarea prin orice mijloace și sub orice formă, cum ar fi xeroxarea, scanarea,
transpunerea în format electronic sau audio, punerea la dispoziția publică, inclusiv prin
internet sau prin rețelele de calculatoare, stocarea permanentă sau temporară pe dispozitive
sau sisteme cu posibilitatea recuperării informațiilor, cu scop comercial sau gratuit,
precum și alte fapte similare săvârșite fără permisiunea scrisă a deținătorului copyrightului
reprezintă o încălcare a legislației cu privire la protecția proprietății intelectuale și se
pedepsesc penal și/sau civil în conformitate cu legile în vigoare.

5 CUPRINS
Cuvânt înainte …………………………………………………………………………………. 7
Introducere ……………………………………………………………………………………… 9
I. BAZELE CITOLOGICE ALE EREDITĂȚII ……………………………… 13
1.1. Noțiuni despre structura celulei …………………………………………………… 13
1.2. Diviziunea celulară ………………………………………………………. …………… 2 2
1.3. Structura cromozomilor ……………………………………………………………… 27
1.4. Metode pentru studiul cromozomilor la plante ………………………………. 30
1.4.1. Metode pentru evidențierea cromozomilor în mitoză …………… 3 0
1.4.2. Metode pentru evidențierea cromozomilor în meioză ………….. 36
1.5. Noțiuni generale despre cariotip ………………………………………………….. 39
II. EREDITATEA MENDELIANĂ ………………………………………………… 4 4
2.1. Legile mendeliene ale eredității …………………………………………………… 4 5
2.2. Probabilitatea și raporturile mendeliene de segregare …………………….. 5 0
2.3. Mecanismul citologic al segregării genelor …………………………………… 52
2.4. Încrucișări analizatoare ………………………………………………………………. 53
2.5. Excepții aparente de la raporturile mendeliene de segregare ……………. 5 5
2.6. Excepții reale de la raporturile mendeliene de spre segregare …………… 60
III. LINKAGE ȘI CROSSING -OVER…………………………………………….. 67
3.1. Descoperirea linkage-ului și crossing-overului ………………………………. 68
3.2. Mecanismul citologic al crossing-overului ……………………………………. 75
3.3. Hărțile cromozomiale …………………………………………………………………. 79
IV. BAZELE BIOCHIMICE ALE EREDITĂȚII ……………………………. 81
4.1. Acidul dezoxiribonucleic (ADN-ul) …………………………………………….. 8 5
4.2. Acidul ribonucleic (ARN-ul) ………………………………………………………. 87
4.3. Rolul acizilor nucleici în ereditate ……………………………………………….. 9 3
4.4. Codul genetic și teoria informației ereditare ………………………………….. 97
4.5. Concepții despre genă ………………………………………………………………. 106
V. CROMOZOMII ȘI DETERMINAREA SEXULUI …………………… 11 0
5.1. Mecanismele determinării sexului ……………………………………………… 11 0
5.2. Teoria despre echilibrul genelor și determinarea sexului ………………. 11 3

6 VI. REPRODUCEREA ORGANISMELOR ………………………………….. 116
6.1. Ereditatea la reproducerea asexuată ……………………………………………. 1 16
6.2. Ereditatea la reproducerea sexuată ……………………………………………… 1 17
6.3. Alte forme de reproducere ………………………………………………………… 121

VII. CONSANGVINIZAREA ȘI HETEROZISUL ………………………… 1 29

VIII. TRANSFORMAREA EREDITĂȚII SUB ACȚIUNEA
FACTORILOR MUTAGENI ……………………………………………………….. 143
8.1. Tipuri de mutații………………………………………………………………………. 1 44
8.2. Factorii mutageni și modul lor de acțiune ………………………….. ……….. 155

IX. POLIPLOIDIA. ANEUPLOIDIA. HAPLOIDIA ……………………… 1 61

X. ELEMENTE DE GENETICA POPULAȚIILOR ……………………… 1 80
10.1. Metode pentru studiul structurii genetice a populație ………………….. 1 81
10.2. Structura genetică a populației …………………………………………………. 1 81
10.3. Factorii care influențează compoziția și dinamica genetică a
populațiilor ……………………………………………………………………………………. 188

XI. INGINERIA GENETICĂ ȘI BIOTEHNOLOGIILE ……………….. 194

CERCETĂTORI DE MARCĂ AI GENETICII …………………………….. 203

BIBLIOGRAFIE ………………………………………………………………………….. 2 13

7 Cuvânt înainte
Elaborarea acestui manual s- a efectuat pe baza programei analitice
actuale a cursului de Genetică pentru studenții facultăților de Agronomie și
prezintă, pe de o parte, o sinteză cuprinzătoare a principiilor și realizărilor
geneticii, o concentrare a cunoștințelor devenite clasice, iar pe de altă parte,
metodele de cercetare, ce au asigurat științei eredității uriașe și nebănuite
perspective.
Acest domeniu al geneticii a cunoscut o dezvoltare impresionantă,
prin obținerea de succese remarcabile în cercetarea mecanismelor complexe
ale eredității și a legilor care le guvernează. Progrese mari s-au efectuat și în
cunoașterea structurii fizice și chimice a genei, a replicării și mutației acizilor
nucleici, sintezei proteinelor, etc.
Genetica a devenit o ramură majoră a științelor biologice și conferă
bazele teoretice și practice pentru progresul ameliorării plantelor, animalelor
și a cercetărilor din domeniul medicinei.
Ultimele realizări ale geneticii prezintă importanță teoretică și
practică. Ele au creat condițiile necesare pentru controlul proceselor vitale și
chiar pentru înfăptuirea sintezei vieții în laborator.
Descoperirile geneticii constituie ˝bunuri ale umanității˝. De altfel,
omenirea se bucură de realizările geneticii prin utilizarea continuă de noi
soiuri de plante și rase de animale, de mijloace de prevenire a unor boli, de
microorganisme utile, ș.a.
Genetica va putea aduce în viitor soluții pentru rezolvarea unor
probleme majore ale umanității, precum lipsa de hrană, eradicarea unor
maladii grave, reducerea poluării mediului ambiant, etc.
Lucrarea este structurată în 11 capitole, iar pentru fiecare dintre
acestea s-a încercat efectuarea unei sinteze cât mai concise a fenomenelor
genetice descrise, astfel încât pentru cei care parcurg aceste file, lectura să fie
cât mai ușoară. La final sunt enumerați câțiva dintre primii cercetători din
acest vast și minunat domeniu.
Autorul,

9 INTRODUCERE
Unul din principalele mijloace de creștere a producției vegetale este
reprezentat de utilizarea soiurilor de plante productive și a raselor de animale
de calitate superioară.
Crearea soiurilor de plante valoroase, păstrarea caracterelor și a
însușirilor economice prețioase, precum și continua îmbunătățire a acestora a
presupus o profundă cunoaștere a legilor dezvoltării organismelor vii și una
din principalele obligații ale specialiștilor din agricultură.
Referitor la această problemă, a fost necesară dezvoltarea și
aprofundarea cercetărilor genetice în vederea elaborării celor mai eficiente
metode de creare a unor soiuri de plante, care prin însușirile lor să contribuie
la sporirea producției agricole.
În esență, ca știință biologică, genetica studiază viața plantelor,
animalelor, microorganismelor, respectiv sensul legilor vieții și dezvoltării
viețuitoarelor.
Se știe că la baza teoriei evoluționiste a lui Charles Darwin au stat
realizările cultivatorilor de plante și ale crescătorilor de animale.
Cunoașterea aprofundată a fenomenelor privind ereditatea și
variabilitatea organismelor a permis crearea de către om a unor soiuri de
plante și rase de animale din ce în ce mai valoroase.
Știința care se ocupă cu studiul legilor eredității și variabilității
organismelor se numește genetică .
Ereditatea în mod obișnuit este definită ca o însușire a părinților de a
transmite descendenților anumite caractere specifice. În virtutea eredității,
dezvoltarea fiecărui individ se desfășoară la fel cu părinții din care acesta a
luat naștere (însă nu identic).
Transmiterea la urmași a caracterelor și a însușirilor înnăscute,
precum și a unor noi caractere pe care organismul le poate dobândi în cursul
dezvoltării se datorează eredității. Ereditatea apare ca un complex de funcții
care asigură moștenirea caracterelor în succesiunea generațiilor.
La baza fenomenelor eredității stau procesele de metabolism specifice
fiecărui organism. Fiecare specie, varietate, rasă, soi posedă un anumit tip de
metabolism.
Datorită eredității, organismele pretind anumite condiții necesare
vieții și dezvoltării și reacționează într-un mod diferit la condiții noi. Aceasta
se reflectă în cele două laturi contradictorii ale eredității: conservatorismul
ereditar, datorită căruia urmașii se aseamănă cu părinții și strămoșii și
variabilitatea eredității , conform căreia organismele se deosebesc între ele.
Chiar și în cadrul unor grupe foarte omogene, indivizii prezintă anumite

10 particularități. Diferențele ce se constată de la un individ la altul constituie o
latură importantă a variabilității. Conținutul noțiunii de variabilitate nu se
limitează însă numai la diversitatea indivizilor din cadrul unei anumite grupe:
soi, hibrid, varietate, rasă, etc., ci se referă și la capacitatea organismelor de a
se transforma, de a-și modifica însușirile ereditare specifice.
Variabilitatea caracterelor morfologice, fiziologice, biochimice are
loc odată cu schimbarea tipului de metabolism, ca urmare a diferitelor cauze,
printre care: schimbarea condițiilor de mediu, hibridarea, etc. Întregul
complex de caractere morfologice și însușiri fiziologice specifice unui individ
sau unei grupe de indivizi este rezultatul interacțiunii a două categorii de
factori: – factori legați de patrimoniul ereditar , de o anumită bază materială
a eredității pe care descendenții o moștenesc de la părinți și – factori legați de
condițiile de mediu în care are loc dezvoltarea organismelor și transformarea
în realitate a posibilităților ereditare .
Genetica studiază modul în care se păstrează caracterele și însușirile,
precum și variația acestora, atât în cursul dezvoltării ontogenetice
(individuale), cât și în cursul dezvoltării filogenetice (istorice).
Pentru cunoașterea legilor care guvernează transmiterea caracterelor
la descendenți, cât și legile variabilității organismelor este necesar să se
studieze bazele materiale ale eredității și modul de transmitere a caracterelor
de la părinți la urmași .
Pentru studiul bazelor materiale ale eredității se folosesc metode
diferite de cercetare. Dintre acestea, cele mai utilizate sunt:
Metodele citologice – se folosesc pentru s tudiul morfofiziologic al
componenților celulari cu rol genetic, al corelațiilor ce se constată între
modificările structurale ale acestor componenți și variațiile cu caracter
ereditar. Această parte a studiului geneticii care s-a dezvoltat mult în ultimele
decenii se numește citogenetică .
Metodele chimice – permit studiul compoziției chimice a materialului
genetic celular și a proceselor legate de biochimismul celular. Descoperirea
rolului acizilor nucleici (ADN și ARN) în procesele metabolice, în sinteza
substanței proteice specifice fiecărui organism, respectiv în determinarea
anumitor caractere ereditare a dus la dezvoltarea geneticii moleculare .
În urma cercetărilor efectuate în ultimul timp asupra structurii și
funcțiilor acizilor nucleici, a specificității acestora și a rolului pe care îl au în
sinteza substanței proteice, în genetică a început să se contureze din ce în ce
mai mult preocupările pentru a aplica teoria informației în studiul eredității.
Aceasta a necesitat folosirea unor principii și metode generale ale ciberneticii .
Aplicarea în genetică a metodelor cibernetice, a metodelor fizice și chimice
alături de metodele specific biologice, a condus la elucidarea multor probleme
importante privind mecanismul transmiterii ereditare. Astfel, pentru studierea

11 modului de transmitere a caracterelor de la părinți la descendenți s-a/se
folosește cu succes metoda hibridologică .
Studiul aspectelor cantitative ale eredității, precum variabilitatea unor
caractere ce apar ca rezultat al hibridării sau ca efect al schimbării condițiilor
de dezvoltare sau al aplicării unor factori mutageni presupune și folosirea
metodelor matematice . Statistica matematică este larg utilizată în genetica
cantitativă.
Ge
netica se ocupă cu studiul modului de manifestare a legilor
eredității și variabilității nu numai pe indivizi izolați, ci pe grupe de indivizi,
cum sunt populațiile – unități biologice compuse din indivizi diferiți din punct
de vedere ereditar. Această ramură a geneticii numită genetica populațiilor
are importanță deosebită în practica ameliorării plantelor și animalelor.
Folosirea metodelor de cercetare enumerate dă posibilitatea cunoașterii
diferitelor aspecte ale fenomenelor eredității și variabilității la diferite nivele de
organizare a materiei vii, de la nivelul indivizilor izolați sau al grupelor de
indivizi ce alcătuiesc unități biologice distincte (populații, specii), până la
nivelul componenților celulari (cromozomi, citoplasma, microzomi, etc.) sau
al structurilor macromoleculare al substanței vii (acizii nucleici).
Studiul eredității ca însușire a materiei vii presupune, îmbinarea
metodelor biologice cu metode chimice, fizice și matematice de cercetare. În
legătură cu aceasta, trebuie să se țină seama în permanență de corelația ce
există între formele superioare și inferioare ale mișcării materiei, pentru a nu
neglija specificul formei de mișcare proprii organismului viu – mișcarea
biologică .
Datele experimentale obținute în urma aplicării uneia din metodele
genetice de cercetare nu pot fi înțelese dacă nu sunt interpretate dialectic, din
punctul de vedere al interacțiunii, al conexiunii reciproce dintre elementele ce
compun organismul viu, al interacțiunii dintre organism și mediul biotic și abiotic.
Oricare ar fi metodele folosite de geneticieni în studiul diferitelor
fenomene privind ereditatea și variabilitatea lor, trebuie să se țină seama
continuu de unitatea contradictorie dintre organism și mediu, de unitatea
dintre citoplasmă și nucleu, de interacțiunea dintre componentele
macromoleculare ale substanței vii (ADN, ARN, proteine), de faptul că la
baza fenomenelor vieții stau procesele de metabolism.

13 I. Bazele citologice ale eredității
Ideea de unitate a ființelor vii a existat încă de la Aristotel și
Paracelsus, care considerau că ˝toate plantele și animalele, oricât de
complexe, sunt formate din elemente mici, care se repetă în fiecare dintre ele˝.
Afirmația era sugerată de observația că atât în regnul vegetal, cât și în cel
animal, există structuri biologice comune, care oglindesc funcții diferite.
În secolul al XIX-lea, observațiile în legătură cu transmiterea ereditară
a caracterelor au început să capete o bază citologică ca urmare a intensificării
cercetărilor microscopice asupra fecundării.
O serie de cercetători precum Hertwig, O., Strassburger, E., Von
Beneden, Bovery, Th. și alții, au descris fenomenele citologice care au loc în
celulele sexuale înainte de fecundare și aspecte ale fenomenului fecundației.
Dintre acestea au atras atenția în mod deosebit fenomenele legate de
modificările nucleilor celulelor sexuale și mai ales, reducerea numărului de
cromozomi care are loc în cadrul diviziunilor de maturare a celulelor sexuale.
Cercetări citologice asupra mitozei și a formării gameților au făcut posibil un
progres în această direcție.
Atenția multor cercetători a fost atrasă, ulterior de faptul că, deși ovula
este de obicei, mai mare decât spermatozoidul, totuși ambii contribuie în
aceeași măsură la înzestrarea urmașilor cu caractere ereditare. Cercetările au
arătat că la cei doi gameți, există o parte a celulei care este la fel de mare la
ambele sexe, și anume nucleul. Aceasta a dus la părerea că nucleului îi revine
rolul principal în ereditate.
Astfel, a luat naștere un nou domeniu al geneticii denumit
citogenetica. Aceasta studiază fenomenele citologice și diferiții constituenți
celulari cu rol ereditar. Identificarea elementelor celulare cu rol genetic se
face folosind corelația stabilită între anumite elemente celulare și diferite
aspecte fenotipice.
1.1. Noțiuni despre structura celulei
Pornind de la premiza că elementele celulare capabile de
autoreproducere joacă un rol important în transmiterea ereditară, în
continuare se v or prezenta unele noțiuni despre structura celulei, pentru o mai
ușoară înțelegere a problemelor de citogenetică.
Celula este forma de organizare a materiei vii, cu structură foarte
complexă și este unitatea structurală și funcțională a organismelor vegetale și
animale, ce permite manifestarea proceselor fundamentale ale vieții,
metabolismul și autoreproducerea.
Varietatea celulelor existente în lumea vie, în corpul plantelor,
animalelor, omului sau microorganismelor, este extrem de mare, totuși, s- a

14 putut stabili o schemă generală a structurii celulei, valabilă pentru toate
organismele, alcătuită din membrană, citoplasmă și nucleu (fig. 1).
Membrana celulară este învelișul exterior al celulei care face
legătura dintre conținutul celulei și mediul exterior ei. Ea are o permeabilitate
selectivă: reglează circulația substanțelor înspre celulă și înafara ei, ajungând
uneori să fie impermeabilă pentru anumite combinații. Prin această însușire,
membrana are rol important în reglarea metabolismului din celulă. Membrana
nu participă la metabolismul propriu-zis al celulei și nici la activitatea
formativă, morfogenetică și de transmitere ereditară.

Fig. 1. Celula vegetală (https://www.google.ro)

Citoplasma reprezintă întregul corp al celulei, cu tot ce se găsește în
el, în afară de nucleu, adică toată masa extranucleară. Ea prezintă următoarele
caractere generale: este constituită dintr-o substanță moale, fluidă sau
vâscoasă, de natură coloidală; în stare proaspătă este incoloră, transparentă,
elastică, deformabilă, contractilă, coagulabilă la căldură; examinată la
microscop prezintă un aspect omogen sau granulos, uneori cu formații amorfe
sau figurate în interior; are, în general, o reacție alcalină, care variază în raport
cu vârsta celulei; are compoziție chimică complexă (protide, glucide, lipide,
electroliți, apă).
Citoplasma este alcătuită din plasmă și organite citoplasmatice.
Organitele citoplasmatice comune celulelor vegetale și animale sunt
următoarele:
– reticulul endoplasmatic ; a fost pus în evidență în anul 1945 în culturi
de țesuturi, cu ajutorul microscopului electronic. Este format dintr-o rețea de
canalicule ce realizează un sistem de irigare a celulei, adică el face legătura

15 între membrana celulară și membrana nucleară, realizând astfel, schimbul de
substanță între citoplasmă și nucleu.
Canaliculele reticulului endoplasmatic prezintă două aspecte: unul
granular sau rugos, în sensul că la suprafața canaliculelor există granule, care
s-au dovedit a fi de fapt ribozomii și alt aspect neted, fără ribozomi.
Membranele reticulului endoplasmatic sunt constituite din lipide și
ribonucleoproteide, care sunt complexe de ARN bazice. Reticulul
endoplasmatic participă la sinteza proteinelor.
– ribozomii sau granulele lui Palade ; sunt organite de formă sferică,
cu diametrul de 100-150 Å. Ei sunt constituiți din substanțe proteice și din
acizi ribonucleici, în proporții egale.
Ribozomii sunt sediul de sinteză al proteinelor și pot fi situați la
suprafața reticulului endoplasmatic sau liberi în citoplasmă. În funcție de
numărul de ribozomi din citoplasmă depinde intensitatea sintezei proteinelor.
Ei sunt furnizori numai ai proteinei citoplasmatice. Ei sunt prezenți și în
nucleu, cu rolul de a fi sediul sintezei proteinelor proprii nucleului.
Ribozomii posedă capacitatea de a se autoreproduce, dar reproducerea
lor este controlată de nucleu. De aceea, în lipsa nucleului, ribozomii pierd
capacitatea de a sintetiza proteinele și în această situație, ei se degradează.
– mitocondriile sunt organite citoplasmatice de formă sferică, ovală
sau alungită, având o lungime de 0,4-2 microni. Prezente în toate tipurile de
celule, cu excepția globulelor roșii mature, numărul mitocondriilor în celulele
somatice variază în limite foarte largi: 1 la alge, 300-1 000 la om și circa 5
000 la amibă.
Mitocondriile sunt corpusculi foarte rezistenți prevăzuți cu un înveliș
dublu: membrana externă care este netedă, iar cea internă prezintă o serie de
pliuri, asigurându-i, astfel, un potențial energetic foarte ridicat. Ele sunt
constituite din proteine, enzime respiratorii, vitamine, acizi nucleici (ADN și
ARN), acizi grași, acizi organici, aminoacizi, etc. Datorită faptului că ele
conțin și molecule de ADN, se consideră că și în citoplasmă există gene
purtătoare și transmițătoare ale eredității.
Mitocondriile sunt considerate ca „ centrale energetice ale celulei ”, fiind
capabile de autoreplicare și având un sistem genetic propriu (ADN și ARN).
– centrozom ul. Centrozomul a fost identifi cat atât în celulele
animalelor, cât și a plantelor, fiind implicat în formarea fusului de diviziune
și migrarea cromozomilor. Este alcătuit din substanțe proteice și plasat în
apropierea nucleului.
Centrozomul este format din două părți: centriol și centr osferă.
Înainte de începerea diviziunii celulare, fiecare centrozom se divide în două
jumătăți, care migrează una către un pol al celulei și cealaltă către celălalt pol.
Fiind alcătuite din substanțe proteice, încep să emită filamente, care se

16 dezvoltă de la polul superior al celulei către cel inferior și invers, până se
unesc și formează filamentele fusului de diviziune. Centrozomii se înmulțesc
prin autoduplicare și se consideră că sunt purtători de informație genetică și
au continuitate genetică de la o celulă la alta și de la o generație la alta.
– plastide le. Sunt organite citoplasmatice specifice celulelor vegetale,
care asigură sinteza glucidelor și pigmenților vegetali, având o formă
lenticulară cu diametrul de 3 -10 microni și o compoziție chimică
asemănătoare mitocondriilor.
Se deosebesc următoarele tipuri de plastide:
– cloroplastele (de culoare verde) iau parte la sinteza clorofilei. Sunt
alcătuite dintr-o masă fundamentală – stroma, prevăzută cu numeroase lamele
proteice dispuse paralel. Între lamele stromei se găsesc niște formațiuni
granulare turtite numite grane, care au în conținutul lor clorofilă. În granele
stromei este prezent ADN-ul, iar în partea lamelară a stromei, ARN-ul, având,
deci, rol genetic, putându-se autoreproduce;
– cromoplastele sunt formațiuni de culoare galbenă sau portocalie
datorită pigmenților xantho-carotinoidici;
– leucoplastele sunt plastide incolore fără pigmenți și reprezintă
locul de sinteză al amidonului. S-a constatat că plastidele pot fi transformate
prin fenomene de mutație, însușirea de „ albino" sau „ variegata " putând să
apară independent de prezența sau absența genelor din nucleu, care
controlează pigmentația frunzelor. Experiențe făcute de numeroși geneticieni
au demonstrat existența unei unități relativ autonome din punct de vedere
ereditar, denumită plastogenă .
– aparatul Golgi. Se mai numește și complexul Golgi deoarece a fost
pus în evidență de G olgi, G., (1898). Este format din cavități citoplasmatice
limitate de o membrană hialoplasmă. Grupuri de 4 -5 cavități citoplasmatice
turtite, dispuse una peste alta, formează dictiozomii. Dictiozomii se
autoduplică și pot apărea de ˝novo˝ în citoplasmă. În alc ătuirea lor chimică
intră proteine, lipide și foarte puțin ARN. Acest organit citoplasmatic este
bogat în fosfolipide și proteine, unele cu activități enzimatice de tip fosfataza,
mai ales acidă.
Funcția principală a aparatului Golgi este aceea de producere a
secrețiilor celulare jucând, de asemenea, și rol de regulator al presiunii
osmotice și în eliminarea unor produse de secreție. La plante el a fost
evidențiat abia în anul 1956.
Nucleul. Se găsește, de obicei, în centrul citoplasmei. Are, în general,
formă sferică sau ovoidală, este bine circumscris, modificându-se în raport cu
faza funcțională a celulei. Sunt și organisme care nu prezintă un nucleu
circumscris. La acestea, substanța nucleară se află dispersată în întreg corpul
celular, adică au nucleu difuz. Numărul nucleilor variază.

17 Nucleul măsoară 5-12 μ și reprezintă 1/4 până la 1/3 din volumul total al
celulelor. Este mai voluminos în celulele tinere decât în cele adulte. Nucleul
controlează metabolismul general al celulei și ia parte activă la divi ziunea celulară .
În timpul interfazei, s- au evidențiat principalele structuri existente în
nucleu: membrana nucleară; cromatina; nucleolul; ribozomii; sucul nucleolar
(cariolimfa) și cromozomii.
– membrana nucleară este o formațiune foarte fină, ce delimitează
nucleul de citoplasmă. Ea este formată din două foițe lipoproteice, groase de
50-100 Å fiecare: una externă, de natură citoplasmatică, ce continuă
membranele reticulului endoplasmatic și alta internă, care face legătura cu
sucul nuclear.
Membrana nucleară este prevăzută cu numeroase orificii (pori), prin
care se realizează schimbul permanent de substanțe între nucleu și citoplasmă.
Cercetările întreprinse asupra structurii chimice a membranei
nucleare, arată că ea este formată din proteine fibrilare în care intră
aminoacizi, la care se adaugă complexe lipoproteice și ARN.
– cromatina este reprezentată printr-o formațiune filamentoasă
subțire și care are drept constituent principal ADN-ul. Filamentele de
cromatină reprezintă un fapt trecător în viața celulei, pentru că forma
filamentoasă se menține numai în interfază. În cursul fazelor de diviziune
celulară, aceste filamente se fragmentează în porțiuni denumite cromozomi .
La începutul diviziunii, filamentele au o grosime redusă, însă, pe măsură ce
parcurg celelalte faze ale diviziunii, ele se îngroașă și iau forma unui ghem,
denumit spirem.
Din punct de vedere chimic, cromatina conține, pe lângă ADN și ARN
și proteină nucleară, reprezentată prin histone și proteine acide.
– nucleolul este un organit nuclear care poate fi observat la
microscop în interfază. În nucleu există unul sau mai mulți nucleoli. Formarea
și dezvoltarea nucleolilor este condiționată de o anumită regiune a
cromozomului, denumită organizator nucleolar .
Se consideră că nucleolul controlează ritmul diviziunii celulare, el
fiind prezent în celulă începând cu telofaza, până la sfârșitul profazei.
Nucleolul este alcătuit din două părți distincte: nucleonema, care este
o formațiune nucleolară sau fibrilară, iar alta difuză, situată în interiorul și în
jurul nucleonemei, numită parsamorfa , care în timpul diviziunii celulare
difuzează în citoplasmă și din materialul său se formează ribozomii.
Nucleonema rămâne prezentă permanent în celulă, fiind legată de zona
organizatorului nucleolar al cromozomilor. Substanța difuză (amorfă), este
alcătuită din ARN, iar nucleonema din ADN.
Prin metoda radiografiei, s-a confirmat faptul că nucleolul este centrul
de sinteză al ARN. Substanța amorfă, care conține ARN, trecând din nucleu

18 în citoplasmă, demonstrează că nucleolul are rol genetic, fiind purtător de
informație ereditară. Locul nucleolului pe cromozom se menține de la o
generație la alta. El are o reacție bazică și se colorează cu substanțe acide.
– sucul nuclear se mai numește și cariolimfă sau nucleoplasmă . Este
un lichid transparent și omogen, alcătuit din aminoacizi și proteine nucleare
și reprezintă mediul în care se produc toate transformările cromozomilor.
După unii autori (Raicu, P. și Nachtigal, M., 1966), sucul nuclear ar
conține ADN și ribozomi.
Analizând datele referitoare la compoziția chimică a constituenților
nucleari, putem aprecia că în nucleu intră: ADN, ARN, proteine nucleare,
lipide, lipoproteine, enzime, precum și o serie de constituenți anorganici (Na,
K, Ca, Mg, Cu și Fe).
Cantitatea de ADN din nucleu este relativ constantă în cadrul aceleiași
specii, însă diferă de la o specie la alta. La majoritatea nucleilor au fost puse
în evidență proteine specifice, cu un conținut bogat în arginină și lizină,
numite histone.
– cromozomii . Ei constituie una din structurile nucleare căreia
citologii i-au acordat o mare atenție, pen tru că multe fenomene genetice sunt
legate de existența și rolul lor în ereditate.
S-a constatat prezența cromozomilor la aproape toate viețuitoarele
care posedă nucleu. Chiar și la unele grupe de bacterii s-au identificat structuri
asemănătoare cromozomilor.
Cromozomii sunt elemente structurale discrete, de natură
nucleoproteică, purtătoare ale unor sec vețe liniare de gene strâns înlănțuite,
care controlează proprietățile ereditare ale organismelor. Ei se colorează
specific cu coloranți bazici și apar, de regulă la eucariote, doar în timpul
diviziunii nucleare (Gavrilă, L. și Dăbală, I., 1975).
În momentul în care celulele încep să se pregătească pentru diviziune
și în tot timpul diviziunii, cromozomii prezintă aspecte și proprietăți aparte,
colorându-se cu anumiți coloranți bazici, dar nu și restul componentelor
celulare (de aici și denumirea chromos – culoare).
Cromozomii se observă cel mai bine la microscop în metafază, când
devin mai scurți și mai groși și sunt așezați în zona mediană a fusului nuclear,
unde se formează placa ecuatorială.
Însușirile fundamentale ale cromozomilor sunt următoarele:
– stabilitatea numărului de cromozomi. Numărul cromozomilor
variază de la o specie la alta, în limite destul de largi (de la doi la câteva sute).
De exemplu, pentru regnul vegetal, numărul de cromozomi variază de la 2n=4
la Haplopappus gracilis , Brachycome lineariloba , până la 2n=1260 la
Ophioglosuum reticulatum (Voica, N. și colab., 1984).

19 În celulele somatice, numărul cromozomilor este totdeauna cu soț,
iar în metafază, când se dublează, rezultă de asemenea, un număr cu soț.
În prezent se cunoaște numărul caracteristic de cromozomi la foarte
multe specii de plante și rase de animale. Determinarea cromozomilor este
mai ușoară și mai sigură la speciile cu cromozomi mari și număr redus,
comparativ cu speciile cu număr mare și mici.
Numărul de cromozomi al unor celule din cadrul aceluiași organism
vegetal sau animal poate varia în diferite organe. Numărul cel mai constant
de cromozomi este acela din garnitura haploidă a celulelor sexuale și din
garniturile celulelor meristematice din vârful rădăcinilor în creștere, unde se
face, de obicei, numărarea cromozomilor.
– stabilitatea relativă a mărimii și formei cromozomilor. Mărimea și
forma cromozomilor constituie, de asemenea, o caracteristică de gen și specie.
Mărimea cromozomilor variază în funcție de specie. Lungimea lor
variază de la 0,1-25µ și chiar ma mult ( Crepis, Lilium și alte specii) (Manoliu,
M. și colab., 1965), iar în grosime între 0,1-2 µ. În nucleul glandelor salivare
a larvelor de Drosophila melanogaster s-au identificat cromozomi care ajung
până la lungimea de 2 000 µ, fiind numiți și cromozomi uriași. Pe baza
studiilor făcute asupra lor s-a stabilit și structura cromozomilor, pentru că
individualitatea lor se manifestă nu numai în privința formei și a mărimii, ci
și în privința structurilor vizibile la microscop și a efectelor genetice ale
diferitelor regiuni ce-i compun.
Forma cromozomilor poate fi granulară, sferică, bastonaș mai scurt
sau mai lung, V, U, L, cu brațe egale sau inegale. Cromozomii în formă de V
și U au adesea, brațe inegale și la capătul scurt se observă un mic bastomaș
numit satelit (trabant).
Forma cromozomilor diferă nu numai de la o specie la alta, dar chiar
la aceeași specie, în cadrul aceleiași celule. Cromozomii care formează
garnitura cromozomală sunt adesea atât de diferiți unul de altul încât se poate
stabili un tablou cromozomal care este tipic pentru fiecare specie. De
exemplu, din cei 8 cromozomi somatici de la Drosophila melanogaster , 4
sunt în formă de V, 2 în formă de bastonașe și 2 formă sferică (figura 2).

20 Fig. 2. Cromozomii somatici de la Drosophila melanogaster și câteva forme mutante
(https://www.google.ro)
În garnitura cromozomală a unor specii, cromozomii sunt notați cu
litere sau numere, de obicei în funcție de lungimea lor.
Dispunerea în perechi a cromozomilor . În celuele somatice,
cromozomii se găsesc câte doi (formează perechi), unul de origine maternă și
altul de origine paternă (cromozomi omologi sau alelomorfi), cu aceeași
formă, de aceeași mărime și cu aceeași valoare biologică. Aceasta reprezintă
starea diploidă care se notează cu 2n.
În celulele sexuale (gameți) se găsește numai câte un cromozom
omolog din fiecare pereche, numărul lor fiind redus la jumătate față de
celulele somatice. Aceasta este starea haploidă care se notează cu n.
Ca o excepție de la această regulă, apar cromozomii sexuali sau
heterozomii care determină sexul la animale și plantele cu sexe separate. În
acest caz, poate să apară o pereche de cromozomi inegală sau un component

21 al perechii poate lipsi la un sex. Acest fapt, asigură mecanismul prin care cele
două sexe sunt menținute într-un raport aproximativ egal (a se urmări
capitolul ereditatea sexului).
La Drosophila melanogaster , de exemplu, indivizii masculi au o
pereche de cromozomi formată dintr-un cromozom în formă de bastonaș și
unul în formă de V, cu un braț mai scurt. Aceștia sunt cromozomii sexuali sau
heterocromozomii. Ei sunt notați cu XX la indivizii de sex femel și cu XY la
indivizii de sex mascul. Acest fapt confirmă că fiecare din cele două garnituri
cromozomale provine de la câte o celulă sexuală diferită.
Individualitatea pronunțată a cromozomilor . Datorită
caracteristicilor individuale ale cromozomilor din cadrul unui genom, aceștia
se pot ușor identifica în toate celulele indivizilor din aceeași specie. Cu toate
modificările pe care le suferă cromozomii în timpul diviziunilor celulare și în
urma procesului fecundării, ei apar la generațiile celulelor următoare în
același număr și cu aceeași formă, ceea ce permite individualizarea și
recunoașterea lor în noul complex cromozomal.
Individualizarea cromozomilor apare și mai evidentă în cazul în care
șe încrucișează între ele două specii care se deosebesc mult prin cariotipurile
lor. Astfel, la hibridul obținut între speciile Crepis capillaris x Crepis
tectorium , se pot identifica ușor cromozomii de la cele două specii, deoarece
fiecare ăși păstrează caracterisiticle individuale corespunzătoare speciei
respective.
Pe lângă individualitatea lor, în general, cromozomii î și păstrează
aceeași poziție în garnitura cromozomală a celulelor fiice sau a celulelor
înrudite, ceea ce constituie însă un indiciu care înlesnește identificarea lor.
Faptul că acești cromozomi au o organizare și o individualitate pronunțată, a
înlesnit foarte mult studiile cariologice, care au permis apoi ca prin simpla
observare la microscop a diviziunii zigotului să se poată identifica mai
devreme (și mai precis) orice specie.
Continuitatea sau succesiunea cromozomilor . Studiile efectuate
asupra caracterisiticlor cromozomilor au determinat pe diferiți geneticieni să
presupună o continuitate a acestora în seria de generații celulare în
ontogeneză și în seria de generații a organismelor în filogeneză.
Continuitatea cromozomilor a rezultat din faptul că formarea noilor
cromozomi în cursul înmulțirii celulelor prin diviziune nu este posibilă altfel
decât pe baza unui proces aparte de autoreproducere, cu participarea
obligatorie a cromozomilor existenți. Această continuitate morfologică a fost
dedusă de la început pe baza unor probe indirecte ca: prezența cromozomilor
între diviziunile celulare foarte rapide (la diviziunea spermatocitelor), în cazul
apariției translocațiilor cromozomale, ca și în cazurile de poliploidie și
aneuploidie.

22 Pe baza cercetărilor făcute la microscopul electronic, s-a constatat că
în procesul de diviziune celulară se manifestă continuitate nu numai la
cromozomi, ci și la celelalte constituiente celulare care sunt capabile de a se
dubla în particule de aceeași esență.

1.2. Diviziunea celulară
Înțelegerea fenomenelor genetice implică cunoașterea mecanismului
celor două feluri de diviziune a celuleor organismelor și anume: diviziunea
mitotică (mitoza) și diviziunea meiotică (meioza).
Mitoza. Este un tip de diviziune celulară în urma căreia dintr-o celulă-
mamă se nasc două celule-fiice care au același număr de cromozomi. Fazele
acestei diviziuni sunt următoarele (figura 3):
1. Profaza sau faza de pregătire a diviziunii. Granulele de cromatină
se condensează, fuzionează și formează un filament continuu, lung și subțire
numit spirem lax .
Acest filament apare în formă de ghem încolăcit și începe să se scurteze,
să se condenseze și să se dividă în mai multe porțiuni, dând naștere la
cromozomi în număr diploid (2n). În acest moment, fiecare cromozom este
format din două benzi paralele sau împletite, numite cromatide, inițial alăturate
una de alta. La terminarea procesului de condensare, cromozomii iau forme
diferite: bețișoare duble, drepte, încovoiate, în formă de V, L, D, etc.
În timpul profazei se poate observa o trecere a unui centrozom la polul
opus. Dacă în timpul interfazei există numai un centrozom, acesta se împarte
la începutul profazei.
La sfârșitul profazei dispare nucleolul și membrana nucleului se
descompune. În același timp se formează de la polii opuși ai celulei niște
filamente care se întind prin interiorul ei, formând o structură în formă de fus,
numit fus nuclear. Acest moment din diviziunea celulei se numește
premetafază .
2. Metafaza . Cromozomii care până acum erau liberi se fixează de
fibrele fusului la centromeri și se situează într-un singur plan, la mijlocul
fusului, formând placa ecuatorială .
Această fază a diviziunii are o mare importanță pentru cercetările
citologice, deoarece prin folosirea de tehnici speciale, cromozomii se
colorează, se individualizează și se pot studia mai ușor.
În ultimul stadiul al metafazei, centromerul se divide. Cu toate
acestea, cromatidele fiecrui cromozom sunt încă strâns unite între ele, încât
apar ca un singur corp.
3. Anafaza – începe cu despărțirea cromozomilor în cele două
cromatide, care se adună la polii fusului. Adesea, centromerii se așează la o
depărtarea de 2/3 față de polul celulei și placa ecuatorială. Dacă cromozomii

23 sunt scurți, ei se divid complet în cele două cromatide, pe când cromozomii
mai lungi, care au și centromerul plasat terminal, rămân o perioadă de timp în
contact la o margine, dând naștere unor punți.
4. Telofaza. După despărțirea fiecărui cromozom în cele două
cromatide, fusul filamnetos dispare, iar cromatidele suferă aceleași schimbări
de formă ca și în profază, dar în direcție opusă. Ajunse la poli, cromatidele
(cromozomii) își pierd consistența, se alungesc și contururile lor se pierd,
formând din nou un spirem lax. Se reface în jurul lor membrana și nucleolul,
formându-se astfel doi nuclei noi, asemănători cu nucleul inițial.
Sfârșitul telofazei îl constituie diviziunea citoplasmei, fenomen numit
plasmodiereză , prin care se desăvârșește diviziunea celulei inițiale în două
celule noi.

Fig. 3. Mitoza (A, B, C – profaza; D – metafaza; E – anafaza; F – telofaza; 1 – nucleoplasma;
2 – învelisul nuclear; 3 – nucleol; 4 – cromozom; 5 – cromatide; 6 – centromer; 7 – fus
acromatic; 8 – cromozomi fii; 9 – fragmoplast; 10 – placa celulara) (www.scritub.com )

24 Interfaza este acea etapă a unei celule aflată între două diviziuni ale
nucleilor. Acest stadiu se numește, uneori, incorect stadiu de repaus (liniște).
În această etapă are loc pregătirea pentru diviziunea următoare.
Durata mitozei depinde de specie, vârsta individului, natura țesutului,
temperatură și alți factori variabili. De exemplu, fiecare fază a diviziunii
mitotice are o temperatură optimă. Durata totală a unei mitoze poate oscila de
la 10 minute până la mai multe ore. Metafaza și anafaza se desfășoară într-un
timp mai scurt decât profaza și telofaza, care necesită mai mult timp.
Meioza sau diviziunea de reducere cromozomală . Organismele
superioare au adesea, în fiecare celulă două garnituri omologe de cromozomi.
În vederea formării celulelor sexuale, unele celule somatice, din care
vor lua naștere gameții, suferă două diviziuni consecutive în care numărul de
cromozomi se reduce la jumătate, rezultând celulele cu o garnitură haploidă
de cromozomi (n) (gameți). În cursul prmei diviziuni are loc o clivare a
cromozomilor, fără diviziunea centromerilor, iar în a doua diviziune are loc
și o diviziune a centromerilor.
În meioză, cromozomii nu se divid longitudinal în două jumătăți egale,
în două cromatide, ca în mitoză, ci se separă în cromozomi omologi (adică în
cromozomii care constituie o pereche), rezultând celule cu nuclei al căror
număr de cromozomi este redus la jumătate (haploid). Prin fecundarea
celulelor sexuale mature de sex opus se reconstituie în zigotul format numărul
dublu de cromozomi caracteristic speciei. Astfel, se păstrează din generație
în generație, numărul de cromozomi diploid caracteristic speciei.
Meioza are loc la animale în:
– spermatogeneză, procesul de formare a spermatozoizilor;
– ovogeneză, procesul în urma căruia se formează oosferele
(ovulele);
Meioza are loc la plante în:
– microsporogeneză, adică formarea celulelor haploide care dau
naștere la nucleii spermatiilor din grăunciorul de polen;
– macro- sau megasporogeneza, proces care duce la formarea
celulelor haploide femele.
Procesul de meiză are aceleași etape care au fost descrise la diviziunea
mitotică (figura 4). Ele diferă însă prin unele modificări speciale ce le
prezintă. De exemplu, în profaza meiozei care durează mult timp, au loc unele
fenomene caracteristice numite fenomene sinaptice.
1. În profază, ca și la mitoză, granulele de cromatină se condensează
și fuzionează formând un filament lung și subțire numit spirem. În continuare,
profaza meiozei se împarte în mai multe stadii: leptonem, zygonem,
pachinem, diplonem, diakinesis .

25 Leptonem . Spiremul se segmentează în numărul diploid (2n) de
cromozomi caracteristic speciei respective. Cromozomii rezultați sunt subțiri,
fiind formați dintr-o singură cromatidă. Ei au centromerii pe o parte ca și în
telofaza mitozei și apar ca un buchet de flori.
Zygonem. Cromozomii omologi conjugă între ei în sens longitudinal
și formează filamente duble. Astfel, numărul lor se reduce la jumătate,
rezultând cromozomi bivalenți. Această împerechere se presupune că ar fi
determinată de niște forțe speciale (electrostatice sau hidrodinamice) de
atracție a cromozomilor identici. Împerecherea cromozomilor în zygonem
poate fi: mediană (la jumătatea cromozomilor); procentrică (în regiunea
centromerilor); proterminală (la capetele cromozomilor) și falsă, atunci când
cromozomii bivalenți heterozigoți se așează față în față și se alipesc
(încolăcesc) în unele regiuni neomologe.
Conjugarea cromozomilor în meioză este singura ocazie când se poate
stabili în mod cert omologia a doi cromozomi.
Pachinem . După împerechere, cromozomii încep să se scurteze, să se
îngroașe, iar legătura dintre cei doi cromozomi omologi devine tot mai strânsă.
Structura lor dublă dispare pentru un timp și sunt în număr aparent haploid. De
aceea se mai numesc și gemeni cromozomali sau cromozomi bivalenți.
Diplonem . După pachinem , structura dublă a cromozomilor reapare
imediat. Fiecare cromozom bivalent se scindează longitudinal în patru
cromatide. Cromatidele aceluiași cromozom rămân prinse între ele prin
centromer, în timp ce perechile de cromatide, respectiv cromozomii omologi
se îndepărtează, însă nu complet. Ei apar încă uniți în unele puncte, două din
cromatide se încrucișează formând chiasme (chiasmele reprezintă punctele de
contact dintre cromozomii omologi).
În cadrul fiecărui cromozom bivalent pot apărea una sau mai multe
chiasme; la unele organisme numărul lor ajunge la 8-10. Prin studii citologice
s-a constatat că în acest moment poate avea loc un schimb de substanță
cromatică (segmente) între cromozomii omologi. Acest schimb se numește
crossing-over .

26

Fig. 4. Meioza (https://www.google.ro)

Diakinesis . În acest stadiu, cromozomii devin mai groși și mai scurți;
se regăsesc fiecare din perechile inițiale de cromozomi omologi, cu cele două
cromatide surori, într -un complex de patru cromatide formate din cele două
garnituri de perechi de cromatide identice. Perechile de cromatide surori
rîmân lipite între ele, deoarece au un singur centromer (punctul de lipire pe
firul fusului nuclear).
2. Metafaza . Cromozomii bivalenți se așează într-un plan
perpendicular pe firele fusului central și la o distanță aproximativ egală de
polii celulei (în placa ecuatorială).
3. Anafaza. Legătura dintre cromozomii omologi începe să slăbească
și treptat perechile se separă. În acest moment începe anafaza. Cromozomii
fiecărei perechi se îndepărtează unul de altul, iar centromerii se îndreaptă
către polii opuși ai celulei, unde se formează cei doi nuclei haploizi.
4. În telofază are loc apariția membranei nucleare, a nucleolului și
împărțirea p rotoplasmei care se face diferit, în funcție de sexul gametului.
Cele două celule haploide formează o diadă.

27 Cu aceasta se încheie prima diviziune meiotică. Nucleii nou formați
intră într-un stadiu de ˝odihnă˝ mai mult sau mai puțin precis, numi t
interchineză.
După
această scurtă pauză urmează a doua diviziune, care este de fapt
o mitoză, în care fiecare cromozom din nucleii haplo izi rezultați se împart în
două cromatide ce se îndreaptă către polii opuși ai fusului nuclear, dând
naștere la alte două celule. Din celula inițială haploidă rezultă deci, patru
celule haploide care alcătuiesc o tetradă. În urma unor procese
morfofiziologice, fiecare din cele patru celule ale tetradei devin gameți.
Prima diviziune de reducere cromozomală se numește heterotipică,
deoarece se pornește de la celule diploide și se ajunge la celule haploide, iar
diviziunea de maturație se numește homeotipică, deoarece se pornește de la
celule haploide și se ajunge tot la celule haploide. Gameții ce se formează au
reprezentanți din fiecare pereche de cromozomi omologi.
Durata meiozei este, în general, mai mare decât a mitozei, necesitând
în unele cazuri zile, săptămâni sau chiar luni de zile. În cursul iernii, durata
meiozei este, în medie, de două ori mai lungă decât în timul verii.
Pentru a studia meioza la plante trebuie să se recolteze antere tinere
de la flori nedeschise (în faza de boboc) în care are loc meioza. Se consideră
că anterele pot fi recoltate când acestea și-au pierdut transluciditatea. Anterele
recoltate se pun într-un recipient, după care sunt prelucrate după metoda
Feulgen-Rossenback. Se poate folosi pentru studiu și metoda rapidă de
colorare cu carmin acetic. Executarea unui preparat microscopic face astfel:
se i-a o anteră prelucrată, se face o sexțiune transversală a acesteia cu bisturiul
sau lama de ras și se pune o picătură de carmin. Deasupra se așează lamela și
se presează puțin pentru a goli conținutul anterei în soluția de carmin. La
microscop se determină fazele meiozei, rezultatul primei etape a meiozei –
diada, precum și rezultatul celei de-a doua etape – tetrada.
1.3. Structura cromozomilor
Structura cromozomilor s-a stabilit în urma studiului microscopic
efectuat asupra comportării lor în timpul diviziunii mitotice și meiotice
(figura 5). În perioada incipientă a meiozei, la formarea celulelor sexuale,
cromozomii au forma unui fir subțire care se colorează ușor. Treptat, capătă
o structură ma precisă și se observă cum fiecare cromozom este format din
două cromatide . În fiecare cromozom se găsesc câte două fire subțiri
acromatice, numite cromoneme. Cromonema are din loc în loc niște îngrășări
numite cromomere , care se colorează intens și se pot observa în profaza
meiozei (între leptonem și pachinem). Acestea dau cromonemei aspectul unui
șirag de mărgele diferite ca formă și mărime. Cromonemele care se găsesc în
interiorul cromozomului sunt închise într-o substanță de bază bogată în ADN,

28 numită matrix sau kalimă. În timpul mitozei, această substanță se colorează
intens și face cromozomii vizibili.
Cromonema are proprietatea de a se întinde și a se strînge printr-o
desfacere sau strîngere a spiralelor. În timpul mitozei, printr-o dublă spiralare,
ea devine de câteva sute de ori mai scurtă decât a fost în nucleu.

Fig. 5. Structura unui cromozom

În metafaza mitozei, cromonema este așa de contractată și spiralele
așa de apropiate între ele, încât cele două componente (cromonema și kalima)
nu se pot distinge, iar cromozomul pare a fi format dintr-o masă compactă de
cromatină. Spre sfârșitul mitozei, kalima își pierde colorabilitatea și
cromonema se poate distinge din ce în ce mai clar. Tot în această fază, spirala
cromonemei se desface, se alungește, astfel că în nucleul celular ˝în repaus˝,
cromonemele sunt întinse. La unele specii, în unele părți ale corpului
cromozomului, rămân porțiuni de cromoneme strânse.

29 În timpul mitozei, cromozomii se îndoiesc sub formă de cot, la punctul
de lipire de firele fusului nuclear. În acest loc apare o strangulare primară a
cromozomului, denumită centromer , care îl împarte în două brațe inegale,
unul mai scurt, brațul proximal și altul mai lung, brațul distal. Sunt și cazuri
de cromozomi izobrachiali, care au ambele brațe egale și centromerul cu o
poziție mediană.
Centromerul reprezintă centrul mobil al cromozomilor. Cromozomii
lipsiți de centromer devin inactivi și pier prin eliminarea lor în timpul
diviziunii. De obicei, centromerul se găsește către unul din capetele
cromozomului și mai rar intercalat în partea centrală a cromozomului.
De-a lungul brațelor cromozomului se mai constată și alte strangulări
secundare, mai puțin evidente decât centromerul și zone mai intens sau mai
puțin intens colorabile.
Centromerii conțin ADN în cantitate mică, de aceea se colorează mai
greu (adesea sunt acromatici și negativi Feulgen). În general, cromozomii au
un singur centromer situat într-un anumit loc. Sunt și cazuri de cromozomi la
care, pe lângă centromerul principal, apare și un centromer secundar
(exemplu, în prima și a doua anafază meiotică la celulele mamă ale polenului
de Zea mays ).
Sunt și cazuri de cromozomi care au doi centromeri și anume acei care
au luat naștere prin fuzionarea a doi cromozomi. În timpul diviziunii
nucleului, ambii centromeri por merge la același pol sau la poli opuși. În cazul
din urmă, cromatida se întinde între poli, formând o punte, care apoi se rupe.
Porțiunile de cromozomi în care cromonemele au firele încă strânse,
își pierd proprietatea de a se colora și în interfază formează așa numitele
cromocentre, porțiuni care se colorează mai intens decât restul
cromozomului. Acestea sunt regiunile heterocromatice. Celelalte părți ale
cromozomului formează regiunile eucromatice.
De regulă, fiecare cromozom are anumite mărimi caracteristice pentru
eucromatină și heterocromatină, așezate într-o anumită ordine de-a lungul
său. Sectoarele heterocromatice ale unui cromozom se află, de obicei, în
apropiere și de o parte și alta a centromerului. Cromomerii din sectoarele
heterocromatice ale cromozomilor de la Drosophila melanogaster sunt, în
genere, mai mari decât în sectorul eucromatic. Acesția sunt mai sensibili față
de influențele mediului și a condițiilor genetice, de aceea sunt și foarte
variabili.
Regiunile eucromatice și heterocromatice învecinate au întotdeauna
tendința să se mărească una în detrimentul celeilalte, fenomen cunoscut sub
denumirea de eucromatizare și heterocromatizare . Rezultatul acestor
tendințe contrare depinde, probabil de lungimea celor două regiuni.

30 Nucleolii se formează pe filamentul care leagă cromozomul de satelitul
său. Numărul lor este deci egal cu numărul sateliților cromozomilor. Formarea
și dezvoltarea nucleolilor este condiționată de o anumită parte a cromozomului,
numită organizator nucleolar . De obicei, are formă aproape sferică.
Cu ajutorul radiațiilor Roentgen s-a constatat că în cromozomii
glandelor salivare de Drosophila , nucleolul se formează în anumite porțiuni
heterocromatice ale cromozomului X. Sunt experiențe care arată că și
sectoarele eucromatice participă la formarea nucleolilor, cu deosebirea că
aceștia cresc mai puțin și mai încet.
Structura nucleolului este puțin cunoscută, din cauza unei pronunțate
activități metabolice. După unii cercetători, nucleolii ar fi formați dintr- o
substanță amorfă, care apare și dispare în funcție de starea funcțională a
celulei și dintr-un filament numi t nucleonemă (o formațiune constantă care
nu dispare în ciclul transformărilor celulare).
Înainte de începerea mitozei, substanța amorfă dispare, iar
nucleonema se localizează pe suprafața cromatidelor. În felul acesta ea se
împarte egal între celulele fiice, ca și substanța cromozomilor. În telofază,
nucleonama se desprinde de pe cromozom, se strânge într-un ghem și apoi se
formează substanța amorfă.
Spre deosebire de cromozomi, care au reacție acidă, fiind bazofili,
nucleolul are reacție bazică, fiind acidofil, adică se colorează cu substanțe
colorante acide, ca și citoplasma. Nucleolii conțin ribonucleoproteide în
concentrație mare și sunt îmbrăcați într-o membrană elastică care, probabil,
este de natură lipidică. Ei pot să mai conțină fermenți și alte substanțe care se
formează în timpul proceselor metabolice (Manoliu, M. și colab., 1965).

1.4. Metode pentru studiul cromozomilor la plante
Metodologiile de studiu al cromozomilor permit: determinarea
numărului, formei și mărimii cromozomilor în mitoză și alcătuirea
cariotipului speciei respective; efectuarea de studii de citotaxonomie
comparată și resinteză artificială a unor specii; studiul aberațiilor
cromozomiale; determinarea gradului de poliploidie al organismelor; analiza
meiozei; studiul organismelor aneuploide și al modului de plasare a genelor
pe cromozomi; determinarea structurii fine a cromozomilor și a modelelor de
bandare; evidențierea structurii spiralizate a cromozomilor; evidențierea
organizării supracromozomiale.

1.4.1. Metode pentru evidențierea cromozomilor în mitoză
Aceste metode se bazează pe colorarea țesututilor incluse în parafină
și secționate la microtom sau pe colorarea lor directă și efectuarea
preparatelor squash.

31 Metoda de includere în parafină, secționare și colorare a
cromozomilor
Această metodă a fost elaborată de Newton (1927) și folosește ca și
colorant soluția violet de gențiană, care se fixează exclusiv pe cromozomi,
astfel că aceștia apar colorați în violet strălucitor pe un fond citoplasmatic
perfect incolor. Ulterior însă, fără modificări ale procedurii de includere în
parafină și secționare, colorantul s-a înlocuit cu fucsina bazică (reactivul
Schiff), care colorează cromozomii în roșu violaceu.
Pentru studiul cromozomilor în mitoză și pentru numărarea lor se
folosesc țesuturi meristematice în care un număr însemnat de celule se află în
diviziune. Pentru secționarea materialului este necesară includerea acestuia în
parafină; parafina nu intră în țesuturi, deoarece acestea conțin o cantitate mare
de apă, care nu este miscibilă cu parafina. Din acest motiv, țesuturile fixate
trebuie tratate progresiv cu alcool, până ce acesta înlocuiește complet apa,
apoi cu toluen care este miscibil cu alcoolul (pe care îl înlocuiește) și totodată
un solvent foarte bun al parafinei. Toluenul este înlocuit apoi cu parafină.
Ulterior, pentru colorarea secțiunilor trebuie îndepărtată parafina din țesuturi,
deoarece soluția de violet de gențiană 1 % este preparată cu apă, care nu este
miscibilă cu parafina. De aceea, secțiunile de pe lamă trebuie să străbată
drumul invers, adică mai întâi sunt introduse în toluen, care dizolvă parafina,
apoi toluenul este înlocuit de alcool și acesta de apă.
După colorare este necesară montarea în Balsam de Canada, rășină cu
un indice de refracție foarte apropiat de al sticlei, insolubilă în apă și alcool, dar
solubilă în toluen. Pentru aceasta, lamele cu secțiuni colorate sunt trecute mai
întâi în iodură de potasiu, folosit ca mordant pentru fixarea mai bună a
colorantului, apoi în alcool, ce înlocuiește apa din țesuturi și în toluen.
Tehnica de lucru :
Fixarease efectuează în fiole mici de sticlă în care se pun 1-2 ml din
fixatorul Navașin (1926). În fiole se introduc vârfurile rădăcinilor, în lungime
de 8-10 mm; deși țesutul meristematic se află pe o porțiune mult mai redusă
la vârf, este necesar ca rădăcinile să aibă o lungime mai mare pentru a putea
fi manipulate mai ușor.
Fixatorul Navașin se prepară astfel:
– 10 ml acid cromic 1 0/00 (1 g anhidridă cromică la 1 000 ml apă
distilată);
– 4 ml formol 10 %;
– 1 ml acid acetic pur.
Materialul rămâne în fixator 24 de ore, apoi se trece în apă distilată
sau apă de robinet 1-2 ore (în acest interval se schimbă apa de 2 -3 ori).
Conservarea materialului se face în alcool etilic 60° sau 70° la frigider.

32 Deshidratarea se face treptat prin înlocuirea apri din fiole cu alcool etilic
și toluen, astfel: o oră alcool 80°, o oră alcool 90°, o oră alcool 95°, 3 ore alcool
100°, o oră alcool 100°+toluen (50 % + 50 %) și o oră toluen 100 %.
Includerea în parafină. Se prepară un amestec în proporții egale de
toluen și parafină pură filtrată și se lasă la 60°C. După ultimul pasaj în toluen
se procedează astfel:
– rădăcinile se țin în acest amestec o noapte, 60 °C, apoi în 1-2 băi
de parafină pură, timp de 6-12 ore, tot la 60 °C;
– pe o placă încălzită se pregătesc sticle de ceas unse cu albumină
glicerinată în care se pune parafină pură, păstrată la 60 °C;
– maximum 3-4 rădăcini se așează în linie dreaptă, în parafină, pe
fiecare sticlă de ceas;
– se lasă să se răcească, apoi se introduce într-un vas cu apă rece; se
lasă câteva minute;
– se desprind blocurile de parafină, se etichetează și se pot păstra mai
mult timp.
Executarea secțiuni lor. Se fixează microtomul în funcție de
grosimea secțiunilor (µm), care depinde de lungimea cromozomilor sau de
diametrul celulelor din țesutul studiat. Secțiunile se întind pe lama unsă cu
albumină glicerinată, în ordinea secționării (câte 10-15 secțiuni).
Albumina glicerinată se prepară în felul următor: se iau 50 ml albuș
de ou proaspăt la care se adaugă 50 ml glicerină și 1 g salicilat de sodiu. Se
pune amestecul într-un vas și se agită puternic până ce în suspensie apar
numeroase bule de aer. Spuma de albuș de ou care apare deasupra se
îndepărtează și restul se filtrează printr-o bucată de pânză. Datorită
salicilatului de sodiu albumina glicerinată se conservă bine chiar la
temperatura camerei; se adaugă pe lamă o picătură de apă pentru întinderea
secțiunilor, se încălzește lama pe placă încălzită și se aliniază secțiunile; se
absoarbe surplusul de apă; se pun lamele în etuvă la 60 °C pentru cel puțin o
zi (24-48 ore).
Deparafinarea se face prin trecerea lamelor prin 3 băi de toluen, câte
10 minute fiecare și 4 băi de alcool etilic (100°, 95°, 80°, 70°) câte 5-10
minute fiecare. Apoi lamele sunt trecute în apă distilată pentru rehidratare,
unde pot rămâne câteva ore.
Hidroliza se face în HCl 1n rece, 1 minut, apoi în HCl 1n la 60 °C 10
minute și din nou în HCl 1n rece, 1 minut. După hidroliză, lamele se clătesc
în apă distilată.
Colorarea se face în reactivul Schiff, timp de 2-6 ore. După colorare,
lamele se clătesc în 3 băi de apă sulfuroasă, câte 2 minute fiecare. Apa
sulfuroasă se prepară când este nevoie din: apă distilată (200 ml), HCl 1n (20

33 ml) și metabisulfit de potasiu sau natriu (1 g). Apoi, lamele se spală în apă
curentă, 2 ore.
Montarea preparatelor se face în Balsam de Canada. Pentru aceasta,
mai întâi preparatele se trec rapid prin 3 băi de alcool etilic (95°, 100° și 100°)
câte 5-10 minute și prin 3 băi de toluen. Montarea se face într-o picătură de
Balsam de Canada.
În ultimul timp, metoda de includere în parafină a țesuturilor și de
colorare a cromozomilor cu violet de gențiană sau fucsină bazică se utilizează
într-o măsură mai mică în lucrările de citogenetică, fiind înlocuită cu o serie
de alte metode, mai rapide și cu rezultate foarte bune. Dintre acestea, cel mai
des utilizată este metoda Feulgen.
Metoda Feulgen de colorare a cromozomilor din preparatele squash
Această metodă a fost elaborată de Feulgen și Rossenbeck (1924) și
modificată de Tomasi (1936). În histochimie, reacția Feulgen pozitivă este
consideratăca fiind un indice al prezenței ADN.
Pentru studiul cromozomilor în mitoză la plante, în general, se
folosesc rădăcini meristematice, obținute prin germinarea semințelor în vase
Petri. Rădăcinile trebuie să aibă lungimea de 1-3 cm, iar recoltarea se face de
obicei dimineața.
Tehnica de lucru :
Prefixarea materialului are rolul de a inhiba formarea fusului nuclear,
determinând acumularea de metafaze și de a contracta ușor cromozomii.
Pentru prefixare se poate folosi una din următoarele soluții (concentrația și
timpul de tratament se determină prin tatonări la fiecare specie):
– colchicină 0,05 % sau 0,1 % (2 sau 3 ore);
– emulsie de α-bromonaftalen (4 sau 5 ore);
– 8-hidroxiquinoleină 0,002M sau 0,02M (3 sau 4 ore la 15 °C);
– apă rece la 1-2 °C (24 ore la frigider).
Emulsia de α-bromonaftalen se prepară astfel: într -o sticlă cu dop
rodat se pun 75 % apă distilată și 25 % α-bromonaftalen, se agită puternic și
se lasă câteva minute ca excesul de substanță să se depună la fundul sticlei.
Se ia cu o pipetă emulsia din partea superioară și se pune câte 2-3 ml în fiole
mici de sticlă în care se găsesc rădăcinile.
Fixarea se face cu una din următoarele soluții (fixatori):
– acid acetic glacial 45 % (acid acetic 45 % și apă distilată 55 %);
– alcool etilic absolut: acid acetic glacial (3:1);
– alcool metilic: acid acetic glacial (3:1);
– fixatorul Carnoy – alcool etilic absolut: acid acetic glacial:
cloroform pur (6:1:3);

34 – fixatorul Östergren și Heneen (metanol 60 ml; clorofor 30 ml; apă
distilată–20 ml; acid picric– 1g; 2-4-dinitrofenol– 1g; clorură
mercurică–1g);
– fixatorul Pienaar (alcool metilic: cloroform pur: acid propionic –
6:3:2).
Din fiolele cu rădăcini se îndepărtează soluția de prefixare și se adaugă
2-3 ml fixator, apoi acestea se pun la frgider, lăsându-le până a doua zi. Pentru
consevarea mai îndelungată a materialului, fixatorul poate finînlocuit cu
alcool etilic 70°.
Hidroliza are rolul de a asigura macerarea țesuturilor, prin dizolvarea
parțială a substanțelor pectice și de a elibera grupele aldehidice din ADN.
Hidroliza permite, deci, etalarea materialului și ajută la colorarea sa. Se
realizează cu HCl 1n, care se prepară astfel: HCl pur (d=1,19) – 82,5 ml și
apă distilată 1000 ml.
Din fiole se îndepărtează fixatorul și se pun 2-3 ml HCl 1n, la 60°C.
Fiolele se introduc apoi într-un termostat reglat la 60 °C, unde se lasă timp
variat, de exemplu 12 minute pentru rădăcinile de grâu, secară sau bob; 6-14
minute la alte specii, depinzând de duritatea țesuturilor.
Colorarea constă în producerea unei reacții chimice între aldehidele
din ADN eliberate prin hidroliză și fucsina bazică, din care rezultă o colorație
roșie-violacee a cromozomilor. Colorarea se efectuează cu soluția de fucsină
bazică decolorată (reactiv Schiff) care se prepară astfel:
– într-un balon de sticlă se pune 1 g fucsină bazică sub formă de
cristale sau pudră;
– peste această pudră se pun 200 ml apă distilată la 100 °C, se agită
puternic și se lasă să se răcească la 50 °C;
– se filtrează și se adaugă apoi 30 ml HCl 1n;
– se adaugă 3 g metabisulfit de potasiu, sub formă de cristale (se evită
preparatul sub formă de pudră care se alterează repede prin pierdere de SO 2);
– se lasă soluția 24 de ore într-o sticlă bine închisă, la întuneric și la
rece; soluția capătă o culoare gălbuie deschis;
– pentru decolorarea soluției se adaugă 0,5 g cărbune vegetal, se lasă
aproximativ un minut și se filtrează repede printr-o hărtie de filtru. Soluția se
poate păstra timp îndelungat la întuneric și la rece (4°C). Dacă nu este păstrată
la rece se observă, mai ales vara, că începe să se recoloreze. Pentru a evita
recolorarea se adaugă 2-4 g metabisulfit de potasiu.
După terminarea hidrolizei se îndepărtează HCl 1n din fiole și se
adaugă 2-3 ml din reactivul Schiff. După 10-15 minute, regiunea
meristematică din vîrful rădăcinilor începe să se coloreze în roșu-violaceu.
Restul rădăcinilor, unde frecvența diviziunilor este redusă, iar celulele sunt
mari și alungite, rămâne aproape complet necolorată.

35 Pentru intensificarea colorării, rădăcinile se lasă în soluție timp de o
jumătate de oră până la 2 ore, după care se poate începe efectuarea
preparatelor și observarea la microscop. Uneori, se recomandă, ca pentru
intensificarea contrastului de culoare dintre cromozomi și citoplasmă,
rădăcinile să fie trecute pentru o jumătate de oră în apă rece.
Preparatele microscopice se fac prin etalarea materiallui după metoda
squash pe o lamă într-un strat subțire, pe cât este posibil format dintr-un
singur strat de celule. Practic, se procedează astfel:
– într-o picătură de acid acetic glacial 45 % se taie cârful meristematic
colorat;
– peste acesta se pune o lamelă, care a fost unsă cu o picătură de
albumină glicerinată și trecută repede prin flacăra unei lămpi de spirt, pentru
coagularea albuminei; albumina glicerinată împiedică eventuala dispersare a
cromozomilor din celulă, prin fixarea lor pe stratul de albumină (folosirea ei
nu este obligatorie);
– cu un bețișor de lemn se lovește sistematic în lamelă până ce se
realizează o etalare cât mai bună a materialului; se absoarbe excesul de acid
acetic cu hârtie de filtru.
Un bun preparat microscopic trebuie să prezinte nucleii și cromozom ii
colorați intens în roșu-violaceu, citoplasma incoloră, celulele să fie bine
etalate, astfel încât cromozomii să fie bine dispersați să poată fi observați
individual.
Materialul colorat după metoda Feulgen poate fi păstrat în reactivul
Schiff, la temperatură scăzută în frigider, 1-3 zile.
Recomandări pentru speciile cu cromozomi mici și greu colorabili
În general, pentru speciile cu cromozomi mici se folosește ca soluție
de prefixare α-bromonaftalen sau 8-hidroxiquinoleina; în cazul în care se
folosește α-bromonaftalen, pentru obținerea unei emulsii mai fine, mai
concentrate, se adaugă 1 % saponină și se agită bine.
La speciile la care țesuturile sunt mai dure și cromozomii se colorează
greu, se aplică tratamente enzimatice după fixare. Acestea constau în
imersionarea rădăcinilor într-o soluție de pectinază 1 % și celulază 1 % în
amestec (1:1) și menținerea lor de la 30 minute, la 1 oră la 37 °C. Acest tratament
ajută la pătrunderea colorantului și înmuierea țesutului. Se recomandă folosirea
pectinazei din Aspergillus niger (Raicu, P. și colab., 1983).
Dacă se face colorarea cu reactiv Schiff și aceasta nu este satisfăcătoare,
preparatul poate fi efectuat într-o picătură de carmin acetic sau orceină acetică
în loc de acid acetic 45 %. Apoi se trece lama de câteva ori prin flacără, etitând
fierberea. După etalare, preparatul mai poate fi lăsat 15-30 minute, pentru
intensificarea colorării, înainte de a fi observat la microscop.

36 Se poate încerca, de asemenea, pentru materialele care se colorează
greu, efectuarea unei hidrolize, concomitente cu colorarea, într-un amestec de
HCl 1n: carmin acetic (1:9).
Soluția de carmin acetic se prepară astfel:
– apă distilată (55 ml);
– acid actic glacial (45 ml);
– carmin (2,2 g).
Aceste ingrediente se pun într-un balon de sticlă cu reflux, se agită
bine pentru dizolvarea carminului și se fierb la foc mic circa 30 minute. Se
agită din nou și se lasă să se răcească. Se filtrează și se pun câteva cristale de
acetat de fier. Se agită din nou. Soluția astfel pregătită reprezintă soluția de
rezervă 2 %. Din aceasta se poate pregăti soluția standard de colorare 1 %
prin diluare: soluția de rezervă (45 ml) și apă distilată (55 ml).
Se pot utiliza și concentrații mai mari (3-4 %) în funcție de necesități.
Soluția de orceină acetică se poate pregăti după aceeași schemă.

1.4.2. Metode pentru evidențierea cromozomilor în meioză
Metoda carmin acetică
Această metodă se folosește pentru depistarea stadiului meiotic în care
se găsește materialul ce urmează a fi fixat sau pentru colorarea materialului
fixat, fără hidroliză, la speciile la care această colorație este satisfăcătoare.
Tehnica de lucru:
În general, meioza are loc în momentul când anterele tinere își pierd
transluciditatea. La grâu, de exemplu meioza se produce când spicele sunt în
burduf și au lungimea de 4-6 cm.
Pentru reperarea acestui moment, se aleg spicele în burduf de aceeași
lungime și se scot cele 3 stamine dintr-o floare.
Una dintre aceste stamine se pune pe o lamă într-o picătură de carmin
acetică, se taie transversal la mijloc cu un ac spatulat și apoi se apasă încet pe
cele două jumătăți pentru a goli conținutul anterei (celulele mamă ale
grăunciorilor de polen).
Peste acest material se pune o lamelă și cu o bucată de gărtie de filtru
se apasă pentru a etala bine celulele și pentru a îndepărta excesul de colorant.
Se poate observa imesiat la microscop deoarece colorarea are loc foarte
repede. Dacă celulele se află în diviziune în metafaza I a meiozei, atunci
celelalte două stamine din aceeași floare se pun în fixator (alcool etilic: acid
acetic glacial – 3:1). În caz că celulele se află într-o altă fază, atunci se caută
flori spre bază sau spre vârful spicului. În general, se consideră că staminele
din aceeași floare se află în aceeași fază de diviziune. Uneori, când nu este
timp sau nu sunt condiții pentru observarea la microscop a unei stamine, se
poate pune în fixator întregul spic.

37 Se poate încerca și colorarea materialului fixat prin metoda carmin
acetică. Dacă rezultatele nu sunt bune, se folosește metoda Feulgen.
Metoda Feulgen
Pentru colorarea materialului se procedează la fel ca la metoda carmin
acetică.
Fixarea se efectuează în fiole de sticlă în care se pun 2-3 ml fixator
(alcool etilic – acid acetic 3:1), în care se țin anterele cel puțin o oră la
temperatura camerei sau cel mult 24-48 de ore la frigider, după care se trec în
alcool etilic absolut pentru o oră, pentru îndepărtarea acidului acetic din
țesuturi. Materialul se trece în fiole cu alcool de 70 %, care se închid ermetic
prin parafinare și se pun la frigider la 0-4°C unde se pot păstra timp
îndelungat. Dacă materialul se păstrează în alcool de 70° se poate renunța la
trecerea prin alcool absolut.
Hidroliza . Materialul se scoate din alcool de 70° după ce a stat cel
puțin o jumătate de oră și se spală cu apă, pentru îndepărtarea alcoolului, se
pune apă și se agită anterele până ce cad la fund. Materialul se lasă în apă o
jumătate de oră, după care se face hidroliza în HCl n, la 60°C, timp de 8-9
minute la grâu, 9-10 minute la porumb, 10 minute la pepene verde, 12 minute
la orz, etc.
Colorarea se face în soluție de fucsină bazică (reactiv Schiff) în care
materialul se lasă cel puțin o jumătate de oră, apoi se execută preparatele
microscopice.
Preparatele microscopice se execută astfel: pe o lamă de sticlă se
pune o picătură de acid acetic 45 % în care se pune o stamină. Cu un ac
spatulat, se taie transversal stamina în două jumătăți, se apasă ușor până ies
celulele mamă ale grăunciorilor de polen și apoi se îndepărtează sacii polinici.
Peste material se pune o lamelă unsă cu albumină glicerinată și trecută prin
flacăra unei lămpi de spirt. Cu o bucată de hărtie de filtru se apasă pentru
etalarea celulelor și pentru îndepărtarea excesului de soluție.
Tehnici pentru realizarea de preparate semipermanente și
permanante
Preparatele semipermanente pot fi executate prin parafinarea
marginilor lamelei sau aplicarea de soluție de lipit, pentru a împiedica
evaporarea acidului acetic 45 % sau a colorantului; soluția de lipit prezintă
avantajul că poate fi îndepărtată mai ușor. Preparatele pot fi păstrate câteva
zile la frigider.
Preparatele permanente se pot executa prin montarea materialului
în euparal sau Balsam de Canada.

38 Tehnica de lucru: este necesară desprinderea lamelei de lamă în așa
fel încât materialul să rămână în mare parte pe lamă. Pentru aceasta se
folosesc mai multe procedee:
1. desprinderea lamelei într-o baie de acid acetic 45 %, într-un vas
Petri în care se pune lama orientată cu lamela în jos și cu ambele capate
sprijinite pe marginile cutiei pentru a lăsa loc de căre a lamelei;
2. desprinderea lamelei într-o baie de alcool etilic absolut (se
procedează ca în cazul precedent);
3. deprinderea lamelei la – 20 °C. Se pune lama cu lamela în jos în
congelatorul unui frigider, se lasă 1-2 minute până îngheață și cu ajutorul unei
lame de ras se aruncă lamela cu o mișcare rapidă și precisă, fără a aluneca
lamela deasupra lamei.
4. desprinderea lamelei prin înghețare cu zăpadă carbonică (Conger
și Fairchild, 1953). Pentru aceasta se îngheață lama cu un jet de zăpadă
carbonică, timp de 30 de secunde sau zăpada carbonică se scoate într-un
săculeț special, apoi într-un termos și pe măsură ce lamele sunt făcute se pun
cu lamela în jos pe stratul de zăpadă. În ambele cazuri, după înghețarea lamei
urmează desprinderea lamelei cu ajutorul unei lame de ras.
Indiferent prin ce procedeu se face desprinderea lamelei, după această
operație, lama se trece prin 1-2 băi de alcool etilic 95° sau 100°. Se lasă să se
usuce la aer, acoperită de praf. A doua zi se pune pe lamă o picătură de euparal
sau Balsam de Canada și se acoperă cu o lamelă curată. Se lasă să se usuce
câteva zile, după care lamele pot fi analizate la microscop și păstrate timp
îndelungat.

Metode de bandare
Metodele de bandare permit studiul structurii fine a cromozomilor.
Acestea constau în colorarea diferențiată a unor benzi alternative, mai intens
sau mai palid colorate, corespunzătoare unor tipuri diferite de cromatină.
Metodele de benzi sunt caracteristice unei specii, sunt aceleași pentru țesuturi
diferite în cadrul unei specii și nu se schimbă în timpul dezvoltării.
Metodele/benzile pot fi clasificate după coloranții folosiți sau după
segmentele cromozomiale evidențiate. Astfel, există cel puțin 6 grupe de
metode de bandare și respectiv benzi:Q (quinacrină), G (Giemsa), R (de
reversie), T (telomerice), F (Feulgen), C (centromerice), N (organizatorul
nucleolar), Cd (kinetocori).
Dacă însă, benzile cromozomiale sunt clasificate conform
caracteristicilor lor intrinsece și nu după coloranți sau segmentele
cromozomiale evidențiate, se disting numai trei tipuri de benzi: benzi
heterocromatinice constante, benzi heterocromatinice fluctuante și benzi Cd-
kinetocori.

39 Benzile heterocromatinice constante sunt echivalente cu benzile
evidențiate prin metodele C, G-11, N și T. Aceste benzi sunt vizibile în
interfază și în toată diviziunea și sunt relativ constante ca mărime. Conform
definiției clasice a heterocromatinei, ele nu decondensează în intefază și nu
reprezintă, în mod necesar, toate regiunile heterocromatinice de pe
cromozomi. Sunt grupe de organisme (plantele) la care nu se evidențiază alt
tip de benzi decât acestea.
Benzile heterocromatinice fluctuante sunt echivalente cu benzile
evidențiate prin metodele G, Q și R. Aceste benzi nu se disting în timpul
interfazei, în prometafază au aspectul unor puncte care încep să fuzioneze, iar
în metafază apar benzile întunecate. Astfel de benzi sunt prezente la
mamifere, păsări și reptile. La plante, modelul de benzi G nu poate fi
demonstrat și se pare că benzile C corepsund cu benzile Q, iar la animale,
benzile G corespund cu benzile Q.
Benzile Cd (centromere dots) sunt benzi ce apar la începutul mitozei
și dispar la sfârșitul ei. Mărimea și distribuția lor corespund cu kinetocorii
(Raicu, P. și colab., 1983).
I
mposibilitatea demonstrării benzilor G în cromozomii plantelor se
pare că este datorată gradului lor mare de contracție (Greilhuber, 1979).
1.5. Noțiuni generale d espre cariotip
Analiza cromozomială se impune nu numai pentru cercetările de
genetică, ci și pentru cele de taxonomie și filogenie. Creșterea considerabilă
a lucrărilor de citogenetică a făcut necesară standardizarea modului de
înregistrare a datelor și notațiilor folosite. De pildă, stabilirea indicilor de
studiu ai cromozomilor umani a fost elaborată în cadrul a 4 conferințe
internaționale care s-au întrunit la Denver (1960), Londra (1963), Chicago
(1966) și Paris (1971).
La conferința de la Denver, termenul de cariotip a fost definit astfel: –
o aranjare sistematică a cromozomilor unei singure celule, preparați prin
desenare sau fotografiere, în înțelesul lărgit conform căruia cromozomii unei
singure celule pot reprezenta cromozomii unui individ sau chiar ai unei specii,
iar termenul de idiogramă ca: – reprezentarea diagramatică a unui cariotip,
care se bazează pe măsurători de cromozomi din câteva sau mai multe celule.
O definiție mai amănunțită a cariotipului este cea dată de Hughes
(1966): – prin cariotip se înțelege o aranjare sistematizată a cromozomilor
unei celule mitotice sau meiotice, implicând numărul, forma, mărimea sau
orice altă caracteristică ce poate fi reprezentativă pentru complementul
cromozomial al unei varietăți celulare, individ sau specie .

40 Identificarea cromozomilor și alcătuirea cariotipului
Stadiul de diviziune cel mai adecvat analizei cariotipului este metafaza
mitotică, când cromozomii prezintă maximul de condensare și colorare.
Procedeul cel mai utilizat pentru studiul cromozomilor metafazici este
acela al măsurătorilor. De obicei, se măsoară lungimea integrală, lungimea
brațelor, poziția constricțiilor secundare în raport cu a centromerului, etc.
Aceste criterii nu permit întotdeauna o identificare precisă a cromozomilor.
Dificultățile țin, mai ales, de existența unor fluctuații care pot masca
considerabil diferențele reale dintre cromozomi. Astfel, la fluctuațiile strict
biologice se pot adăuga: eroarea personală, care provine din imprecizia
măsurătorilor, eroarea optică, heteropicnoza unor regiuni cromozomiale sau
a unor cromozomi întregi (de pildă, cromozomii sexului), gradul de întindere
a regiunii centromerice, momentul metafazic pe baza căruia se efectuează
analiza, etc. Este cunoscut următorul aspect, cromozomii mari ating maximul
de contractare în stadiile mai avansate ale metafazei, în timp ce cromozomii
mici ating acest nivel în stadii mai timpurii. De aceea, această metodă a fost
contestată de Patau (1965), care o consideră inutilă. Cu toate acestea, ea a
rămas una din metodele de bază pentru identificarea cromozomilor.
Majoritatea măsurătorilor cromozomiale s-au efectuat pe cromozomi
umani. Pentru caracterizarea acestora, conferința de la Denver a adoptat
următorii 3 parametrii:
– lungimea fiecărui cromozom raportată la lungimea totală a unui
complement haploid normal, exprimată la 1000;
– raportul brațelor cromozomiale exprimat prin raportl dintre brațul
lung și brațul scurt (braț lung/braț scurt);
– indexul centromeric exprimat prin raportul dintre brațul scurt și
lungimea totală a cromozomului, raportat la 100 (braț scurt/cromozom x 100).
Pe lângă acești parametri, Patau (1965) recomanda reprezentarea
cromozomilor sub formă de puncte într-un sistem de coordonate în care să s e
noteze pe abscisă lungimea brațului lung, iar pe ordonată, lungimea brațului
scurt, ambele exprimate în procente din lungimea totală a complementului
cromozomial haploid. Prin obținerea unui tip asemănător de apropiere între
punctele unor perechi de cromozomi în cariogramele efectuate din diferite
celule, se poate stabili omologia cromozomilor respectivi.
Pentru elaborarea unui cariotip, prima condiție este identificarea
morfologică a cromozomilor. Pentru definirea poziției centromerului și a
diferitelor tipuri morfologice de cromozomi care rezultă din această
localizare, se recomandă nomenclatura propusă de Levan și colab., 1964.
Poziția centromerului, una din caracteristicile cele mai constante ale
cromozomilor (tabelul 1), poate fi exprimată prin: d = 1 – s sau r = 1/s în care:

41 l și s = lungimea brațului lung, respectiv a celul scurt; d = diferența dintre
brațul lung și brațul scurt; r = raportul dintre brațe.
Dacă se cunosc lungimea cromozomului și indicele centromeric, s e
poate calcula lungimea brațului lung conform relației: l = c(100 – i)/100 în
care: c = lungimea cromozomului, iar i = indicele centromeric.
Tabel 1
Tipurile de cromozomi după poziția centromerului
(după Levan și colab., 1964)
Simboluri Localizare Valoarea lui d Valoarea lui r
0
M punct median 0 – 2,5 1,0
m regiune mediană 2,5 – 5,0 1,0 – 1,7
sm regiune submediană 5,0 – 7,5 1,7 – 3,0
st regiune
subterminală 7,5 – 10,0 3,0 – 7,0
t regiune terminală 10,0 7,0 – ∞
T punct terminal ∞
În raport cu cele 4 regiuni aproximativ egale în care este împărțit fiecare
braț al cromozomului, se propune următoarea nomenclatură standardizată:
– cromozomi metacentrici, cu centromerul situat în punctul median
(M) sau în regiunea mediană (m);
– cromozomi telocentrici, cu centromer terminal (T);
– cromozomi acrocentrici, cu centromerul în regiunea terminală (t);
– cromozomi submetacentrici sau subtelocentrici, cu centromerul
situat în regiunea submediană (sm), respectiv subterminală (st).
Alcătuirea unui cariotip, indiferent de materialul din care sunt
efectuate preparatele, necesită mai multe etape.
1.Etapa prelucrării microscopice – constă în alegerea sistematică a
metafazelor ce urmează a fi analizate. Două criterii sunt esențiale în alegerea
metafazelor utilizabile: să nu existe suprapuneri de cromozomi sau dacă sunt,
numărul lor să fie cât mai mic și să nu intereseze mai mult de doi cromozomi;
cromozomii să nu fie împrăștiați pe o suprafață prea mare, caz în care ei ar
putea proveni de la două sau mai multe celule.
Metafazele care corespund analizei citogenetice trebuie localizate pe
lame deoarece la alcătuirea cariotipului, confruntarea dintre copia fotografică
și imaginea directă a preparatului este indispensabilă. Localizarea se poate
face prin diferite procedee, dintre care cele mai uzuale sunt: notarea exactă a

42 celor verniere de pe masa microspopului și punctarea cu tuș (punctul nu
trebuie să acopere alte metafaze și în niciun caz pe aceea care o indică).
Studiul cromozomilor se face utilizând puterea maximă de mărire a
microscopului și implică: numărarea cromozomilor, identificarea morfologică
a lor și identificarea aberațiilor cromozomiale.
Numărarea cromozomilor este de mare importanță deoarece este prima
caracteristică citogenetică a populației celulare examinate. Numărarea se poate
face direct din placa metafazică, delimitând eventual anumite regiuni, dar mai
corectă și de mai mare prcizie după desen. Desenarea mitozelor se poate face
fir prin procedeul clasic, care folosește camera clară, fie prin simpla schițarea
a cromozomilor pe o coală de hârtie. Primul procedeu are avantajul că
reproduce fidel dispoziția și morfologia cromozomilor. Pe desen se notează
indicativelematerialului celular, numărul lamei și localizarea pe lamă a mitozei,
numărul total de cromozomi și orice observație citogenetică.
Identificare cromozomilor aparținând la diferite grupe (de exemplu,
cromozomii din grupele D sau G ai cariotipului uman; cromozomii din
grupele M sau S la Vicia faba ). Numărul acestor cromozomi se notează pe
desenul mitozei.
Identificare aberațiilor cromozomiale , a căror prezență se notează, de
asemenea, pe desenul mitozei examinate, precizându-se tipul de aberație,
localizarea pe cromozom, etc. Când se urmărește efectul citogenetic al unui
agent fizic, chimic sau biologic (radiații ionizante, substanțe chimice
mutagene, virusuri), înregistrarea aberațiilor reprezintă obiectivul central al
analizei cromozomilor.

2. Etapa prelucrării fotografice a metafazelor. De calitatea copiilor
fotografice depinde întreaga muncă de prelucrare ulterioară a cariotipurilor.
Numărul metafazelor fotografiate depinde de cerințele studiului citogenetic și
de posibilitățile de lucru ale laboratorului. Este de dorit ca numărul acestora
să fie cât mai mare, dar un minim de 10 % din numărul mitozelor examinate
este absolut necesar. Pentru fotografiere se aleg numai metafazele extrem de
clare. După aceea, cromozomii sunt decupați și aranjați în cariotip. Se
recomandă ca alcătuirea cariotipului să se desfășoare pe baza a cel puțin două
copii fotografice ale metafazei, desenului și imaginii microscopice însăși a
metafazei, luată cu un obiectiv cu imersie. Pe baza acestor materiale se
verifică înco o dată toate particularitățile metafazei respective. Decuparea
cromozomilor se face cu atenție, tăind cu foarfeca fiecare cromozom în parte
și lăsând întotdeauna o imagine albă în jurul imaginii fotografice negre.
Aranjarea cromozomilor în cariotip trebuie să pornească de la
cunoașterea cariotipului normal al speciei. Fac excepție de la această regulă,
studiile care urmăresc stabilirea cariotipului unei anumite populații celulare
sau al unor specii nestudiate încă.

43 Primul criteriu de aranjare a cromozomilor în cariotip este cel al
lungimii, cromozomii fiind dispuși în ordine descrescătoare. Se măsoară, de
obicei, ambele cromatide de-a lungul axelor lor individuale și se face o medie
a rezultatelor. Regiunea centromerică se include în măsurătoare, iar sateliții
nu se măsoară.
Al doilea criteriu este acela al dispunerii pe grupe morfologice.
Cariotipurile normale au adesea perechile de cromozomi aranjate pe grupe
morfologice care se notează cu litere mari în ordine alfabetică sau cifre.
Aceste grupe cuprind două sau mai multe perechi de cromozomi care se
identifică greu sau deloc prin mijloacele uzuale ale analizei citogenetice.
Al treilea criteriu este acela al împerecherii cromozomilor omologi.
Plecând de la premisa că omologia genetică corespunde unei omologii
morfologice, cromozomii presupuși omologi sunt dispuși în perechi sau grupe
în funcție de gradul de poliploidie al celulei respective (diploid, triploid,
tetraploid, etc.). Aranjarea cromozomilor în perechi, notate de obicei cu
numere în cadrul cariotipului normal, presupune folosirea a cel puțin doi
parametri de caracterizare a cromozomilor respectivi: lungimea și raportul
brațelor. Împerecherea cromozomilor omologi, prin simpla observare vizuală,
se poate realiza, ținându-se seama de anumite condiții: se poate împerechea
cu mai multă precizie cromozomii dintr-o metafază mai puțin avansată, cu
brațele puțin contractate; pentru împerecherea cromozomilor din cadrul unei
grupe morfologice, rimul criteriu este raportul brațelor, nu cel al lungimii; la
cromozomii mici, împerecherea pe criteriul raportului brațelor este relativă
deoarece diferențele dintre măsurători la acest indice sunt mici.
Căutarea unor criterii morfologice utile pentru recunoașterea
cromozomilor a dus la constatarea că identificarea unor constricții secundare pe
anumiți cromozomi este de un real folos. Constricțiile secundare sunt dispuse în
regiuni cromozomiale difeite ca structură și funcție, cum sunt regiunile care
delimitează sateliții de restul cromozomului (regiunea organizatorului nucleolar)
sau interstițial pe brațele cromozomului. Deși se pot observa și pe preparate
efectuate prin metode uzuale, frecvența și intensitatea constricțiilor secundare
cresc sub influența unor agenți fizici, chimici sau biologici ca: hidrazida maleică,
5-bromdezoxiuridina, virusul SV40, în mediu de cultură lipsit de calciu și la
temperatură scăzută (Raicu, P. și colab., 1983).
După anul 1970, datorită perfecționării tehnicilor de bandare a fost
posibilă identificarea cu certitudine a fiecărui cromozom din cariotipul uman
și din cariotipul speciilor de animale și plante mai frecvent folosite în
cercetările de citogenetică. Fiecare pereche de cromozomi prezintă un model
caracterstic de benzi, care ocupă aceeași poziție, au aceeași grosime și aceeași
intensitate a fluorescenței (benzile Q) sau de colorare.

44 II. EREDITATEA MENDELIANĂ

Plantele cu flori (angiospermele) și coniferele (gimnosperme) sunt
organisme diverse au cucerit lumea terestră și au făcut planeta verde.
Angiospermele sunt cele mai importante plante de cultură mare, dar și pentru
horticultură, în timp ce gimnospermele sunt importante pentru silvicultură.
Aceste plante au diferite tipuri de reproducere, variind de la înmulțirea
vegetativă, până la reproducerea sexută, ceea ce le diferențiază semnificativ
de reproducerea animalelor. Cu această diversitatea incredibilă a modurilor
de reproducere, plantele își mențin variațiile genetice. Gregor Mendel, un
călugăr din secolul al XIX-lea, a fost prima persoană care a demonstrat
moștenirea genelor (chiar dacă nu știa ce gene erau în sens molecular).
Gregor Mendel a fost cel dintâi om de știință care a întreprins un
studiu sistematic asupra comportării cracteristicilor ereditare la genitori și la
generațiile obținute prin încrucișare. El a folosit în hibridări plante din aceeași
specie, dar din varietăți sau soiuri diferite, iar datele obținute în urma acestora
au fost prelucrate matematic, cu ajutorul metodei statistice.
În cercetările sale, Gregor Mendel a folosit mazărea ( Pisum sativum ),
plantă autogamă care prezintă caracteristici distincte de la o varietate la alta.
Caracteristicile luate în studiu au fost următoarele: talia plantelor (înaltă sau
pitică), culoarea păstăilor nemature (galbenă sau verde), culoarea
cotiledoanelor (galbenă sau verde), suprafața semințelor (netedă sau zbârcită),
etc. Aceste perechi de caracteristici au fost numite mai târziu alelomorfe (de
Bateson, W. și Saunders, R.E., 1902). Determinanții ereditari au fost numiți
de către Gregor Mendel în anul 1865, factori ereditari (indicați ulterior prin
noțiunea de genă).
Înainte de a analiza mecanismul de transmitere a caracteristicilor în
procesul de hibridare, este necesar să fie definite câteva noțiuni de bază care
vor servi pentru înțelegerea lui. Astfel, prin hibrid se înțelege un organism
care întrunește ereditățile deosebite a doi părinți. Prin hibridare se înțelege
metoda cu ajutorul căreia se obține un organism hibrid. Organismul mamă se
notează cu semnul ♀ (oglinda Venerei), iar organismul tată se notează cu
semnul ♂ (coiful lui Marte). În cazul când se încrucișează două organisme, în
care mama este A și tata B, hibridarea se notează astfel: A x B.
Genitorii (părinții) care participă la încrucișare se notează cu P, iar
produșii care se obțin constituie prima descendență sau prima generație
hibridă și se notează cu F1. Generațiile care vor rezulta prin autofecundare
sau încrucișarea indivizilor hibrizi din F1 se notează cu F2, F3, F4, etc.

45 2.1. Legile mendeliene ale eredității
Pe baza utilizării metodei hibridologice la mazăre, Gregor Mendel a
formulat în anul 1865, trei principii esențiale care, după redescoperirea lor în
anul 1900 de către H. de Vries, C. Correns și E. v on Tschermak, au fost
ridicate la rangul de legi ale eredității. Acestea sunt:
1.Legea uniformității primei generații hibride (F1) – datorită
dominanței sau recesivității factorilor ereditari; se manifestă la încrucișarea a
doi genitori homozigoți deosebiți prin perechi contrastante de caracteristici
(exemplu: AA x aa sau AABB x aabb, etc.). În F1, hibrizii Aa sau AaBb
manifestă numai caracteristicile determinate de alela A, respectiv A și B, ce sunt
dominante; alelele a, respectiv a și b, care sunt recesive, nu se manifestă în F1.
2.Legea segregării sau disjuncției genelor în generația a doua
hibridă (F2) – datorită separării sau segregării în meioza hibridului F1 a
alelelor dominante și recesive și unirii întâmplătoare a gameților pentru
formarea generației F2.
3.Legea combinării libere a genelor sau a segregării
independente a caracteristicilor (apariția la încrucișarea polihibridă, în
urma segregării și combinării libere a genelor, a unor noi combinații de gene
la descenenți).
Monohibridarea de tip Pisum. Una din cele mai simple și mai clare
experiențe de încrucișare este aceea în care Gregor Mendel a folosit două
forme homozigote de mazăre, una cu bo abe de culoare galbenă, alta cu boabe
de culoare verde. Galben și verde constituie o pereche de caracteristici alele.
După această încrucișare, Gregor Mendel a obținut în F1, în stare
heterozigotă, plante care au prezentat numai boabe de culoare galbenă.
Cultivând mai departe, prin autofecundare, boabele rezultate din aceste
plante, în F2 a obținut plante cu două categorii de boabe: 75 % galbene și 25
% verzi, adică un raport numeric sau fenotipic între cele două categorii de
boabe de 3:1. Caracteristica – culoare galbenă – se comportă dominant,
deoarece se manifestă în F1 acoperind caracteristica – culoare verde – , care
a stat ascunsă în F1, comportându-se recesiv.
În F3, cultivând separat cele două categorii de boabe, Mendel a
constatat următoarele: din plantele recesive, care în F2 totalizează o proporție
de 25 %, rezultă numai plante cu boabe de culoare verde (recesive); semințele
care în F2 erau galbene și totalizează o proporție de 75 % produc plante ale
căror boabe se împart în două categorii: unele dominante homozigote (de
culoare galbenă) în proporție de 25 %, iar altele heterozigote (tot de culoare
galbenă) în proporție de 50 %, ale căror boabe segregă în raport de 3:1, ca și
descendența din F2. Schema monohibridării de tip Pisum este următoarea:

46

Fig. 6. Structura genotipurilor și a fenotipurilor în cazul monohibridării de tip Pisum

Experiențe analoge s-au efectuat mai târziu și la animale. Cuénot, L.,
încrucișând șoareci cenușii cu șoareci albi, a obținut în F1 numai șoareci de
culoare cenușie. În F2 a rezultat 75 % șoareci cenușii și 25 % șoareci albi.
Aceleași rezultate s-a obținut și prin încrucișarea taurinelor cu coarne, cu
taurinele fără coarne. Produșii din F1 au fost fără coarne, iar în F2 s-au obținut
75 % indivizi fără coarne și 25 % indivizi cu coarne.
Dacă în experiențe se notează cu A factorul care produce caracteristica
dominantă (culoarea galbenă a boabelor) și cu a caracteristica recesivă
(culoarea verde a boabelor) și dacă se apreciază că genitorii au fost
homozigoți, iar în timpul meiozei, odată cu separarea cromozomilor omologi,
se separă și cele două alele în gameții care se formează, se pot scrie
următoarele formule genotipice ale genitorilor, gameților, generației F1 și a
combinațiilor din F2:
P: AA x aa
Gameți: Aa
F1: Aa
Gameți: Aa

Indivizii F1, Aa produc două grupe de celule sexuale: ½ gameți A și
½ gameți a. Punnett, R.C., a alcătuit o serie de combinații care s-a bazat pe
aranjamentul gameților de sexe diferite și au dat posibilitatea identificării
tuturor combinațiilor posibile în F2:

47 Spermatii:
Gameți 50 % A 50 % a
50 % A 25 % AA 25 % Aa
50 % a 25 % Aa 25 % aa
Oosfere:
Gregor Mendel a explicat astfel segregarea caracteristicilor: părinții
(P) sunt homozigoți, fiecare pentru caracteristica studiată (galben, verde). În
F1 se formează un hibrid care are o structură heterozigotă. Toți indivizii sunt
la fel, deoarece caracteristica dominantă acoperă în manifestare pe cea
recesivă. Hibridul va produce două feluri de gameți, corepunzători celor două
caracteristici. Acești gameți sunt puri, deoarece caracteristicile dictate de ei
se desfac, se izolează și prin combinarea lor produc în F2 patru combinații de
gene și trei genotipuri care segregă în raportul 1:2:1. De câte ori se întâlnește
A cu a va domina factorul A. Dominanța și segregarea caracteristicilor se
explică tocmai prin puritatea gameților, care se întâlnesc și se despart fără a
se amesteca unul cu altul. Hibrizii vor segrega în descendență deoarece ei sunt
heterozigoți.
Polihibridarea de tip Pisum. Cea mai simplă formă de polihibridare
este dihibridarea . În acest caz s-au urmărit două perechi de caracteristici.
La încrucișarea a două soiuri de mazăre ce prezentau boabe galbene și
netede și boabe verzi și zbârcite, în F1, Gregor Mendel a obținut plante cu
boabe galbene și netede. În F2, între perechile de caracteristici, a apărut un
raport de 3:1 și anume: 75 % boabe galbene și 25 % boabe verzi, precum și
75 % boabe netede și 25 % boabe zbârcite. Analizând însă modul cum apar
împreună cele două perechi de caracteristici, Gregor Mendel a constatat că
raportul procentual dintre ele este: 56,25 % boabe galbene și netede; 18,75 %
boabe galbene și zbârcite; 18,75 % boabe verzi și netede și 6,25 % boabe verzi
și zbârcite.
Din această analiză ajunge la concluzia că pentru fiecare pereche de
caracteristici segregarea se produce independent, iar raportul fenotipic dintre
caracteristici este de 9:3:3:1. Caracteristicile s-au separat în timpul formării
gameților și s-au combinat în timpul fecundării în toate felurile posibile,
formând cele patru grupe fenotipice. Aceste rezultate i-au permis lui Gregor
Mendel să emită legea independenței caracteristicilor sau a liberei combinări
a factorilor ereditari. După părerea lui, cei doi gameți care participă în actul
de fecundare nu-și contopesc caracteristicile în hibrid, ci ele stau alăturate
unele lângă altele, pentru ca apoi să se despartă din noi în meioză, pentru a
produce prin fecundare, a doua generație.

48 Pentru încrucișarea formelor de mazăre cu boabe netede și galbene cu
cea cu boabe zbârcite și verzi, având în vedere că individul este rezultatul
îmbinării a doi gameți, formula părinților va fi: AABB x aabb. Gameții
părinților formați prin reducerea cromatică vor avea formula: AB și ab. Din
combinarea lor se va naște generația F1, cu formula: AaBb.
Hibridul F1 formează 4 grupe de gameți: AB, Ab, aB, ab , din
combinarea cărora, rezultă generația F2. Gameții se formează în număr egal,
atât pentru sexul femel, cât și pentru sexul mascul. Din îmbinarea
întâmplătoare a celor patru grupe de gameți apar 16 combinații de gene, 9
genotipuri și 4 fenotipuri (Crăciun, T. și colab., 1991 ).
Fenotipurile apar în raportul de 9:3:3:1, astfel:
– 9/16 – indivizi cu boabe netede și galbene ( AABB, AABb, AaBB,
AaBb, AABb, AaBb, AaBB, AaBb, AaBb );
– 3/16 – indivizi cu boabe verzi și netede (AAbb, Aabb, Aabb );
– 3/16 – indivizi cu boabe zbârcite și galbene (aaBB, aaBb, aaBb );
– 1/16 – indivizi cu boabe zbârcite și verzi (aabb).
Ceea ce îi atrage atenția lui Gregor Mendel în mod deosebit în această
experiență este apariția combinațiilor noi de gene: AAbb și Aabb (boabe
netede și verzi), precum și aaBB și aaBb (boabe zbârcite și galbene).
Acesta este motivul care îl conduce la formularea celei de-a treia legi
cu privire la independența caracteristicilor sau combinarea liberă a genelor.

49 Fig. 7. Dihibridarea la mazăre
Aceleași constatări se pot face analizând și o trihibridare. Dacă se
consideră, că părinții cu genotipurile AABBCC și aabbcc, hibridul din F1 cu
genotipul AaBbCc va forma 8 tipuri de gameți: ABC, Abc, AbC, aBC, Abc,
aBc, abC, abc . Grupând combinațiile hibride, în F2 se constată că din cele 64
posibile, acestea se prezintă astfel:
– 27 posedă cele trei gene dominante ( ABC);
– 9 posedă două gene dominante și una recesivă ( ABcc);
– 9 posedă două gene dominante și una recesivă ( AbbC);
– 9 posedă două gene dominante și una recesivă ( aaBC);
– 3 posedă o genă dominantă și două recesive ( Abbcc);
– 3 posedă o genă dominantă și două recesive ( aaBcc);
– 3 posedă o genă dominantă și două recesive ( aabbC);
– 1 posedă trei gene recesive (aabbcc).
Rezultă deci, 8 fenotipuri repartizate în raportul 27:9:9:9:3:3:3:1.
Rezultatele obținute în urma trihibridării de tip Pisum confirmă legea liberei
combinări a caracteristicilor.

50 2.2. Probabilitatea și raporturile mendeliene de segregare
Pe baza legilor eredității se pot indica rezultatele care se obțin dintr- o
hibridare. Raporturile mendeliene de segregare depind de numărul perechilor
de caracteristici. Astfel, la monohibridare raportul fenotipic în F2 este de 3:1;
la dihibridare de 9:3:3:1; la trihibridare de 27:9:9:9:3:3:3:1, etc. Începând cu
F3, aceste raporturi se calculează ținându-se cont de homozigoția și
heterozigoția indivizilor, heterozigoții find singurii care segregă în
descendență.
Dacă se analizează termenii care alcătuiesc raporturile de segregare,
se observă că ei se obțin prin ridicarea binomului 3+1 la puterea numărului
perechilor de caracteristici: (3+1)1, (3+1)2, (3+1)3. Pentru n perechi de
caracteristici, binomul se ridică la puterea n (3+1)n. Ținându -se cont de
elementele care determină segregarea și formarea combinațiilor hibride,
acestea pot fi (tabelul 2 ):

Tabel 2
Segregarea la hibridările de tip Pisum în funcție de numărul perechilor de
alele
Numărul
perechilor
de alele Numărul
grupelor
de gameți
produși în
F1 Numărul
combinațiilor
de gene în F2 Numărul
genotipurilor
în F2 Numărul
genotipurilor
homozigote în
F2 Numărul
de fenotipuri și
raporturi
de segregare în
F2
1 21 ꞊ 2 41 ꞊ 4 31 ꞊ 3 21 ꞊ 2 3:1
2 22 ꞊ 4 42 ꞊ 16 32 ꞊ 9 22 ꞊ 4 9:3:3:1
3 23 ꞊ 8 43 ꞊ 64 33 ꞊ 27 23 ꞊ 8 27:9:9:9:3:3:3:1
4 24 ꞊ 16 44 ꞊ 256 34 ꞊ 81 24 ꞊ 16 (3+1)4
5 25 ꞊ 32 45 ꞊ 1024 35 ꞊ 243 25 ꞊ 32 (3+1)5
n 2n 4n 3n 2n (3+1)n

În exemplele analizate s-a urmărit cum se comportă la hibridare un
număr mic de factori alelomorfi. În cazul în care se analizează un număr mare
de perechi de alele, numărul acestor combinații este enorm. Astfel, pentru 20
de perechi de alele, numărul combinațiilor hibride se ridică la peste un milion.
Cu atât mai complicată apare analiza genetică privind formarea și gruparea
combinațiilor la un șir de generații. Tabelul 2 dă posibilitatea de a prevede
combinațiile obținute, în funcție de numărul perechilor de alele care se
urmăresc. De asemenea, permite a se deduce și formula gameților și a
genotipurilor care se vor obține. Numărul mare și variat de forme care se
întâlnește la viețuitoare asigură într-o mare măsură diversitatea speciilor și
procesul evoluției lor.

51 Tabel 3
Grupele fenotipice obținute de Gregor Mendel într-o dihibridare,
față de grupele fenotipice rezultate din calcul
Numărul cazurilor Numărul de boabe
Netede-
galbene Netede-
verzi Zbârcite-
galbene Zbârcite-
verzi Total
Observate 315 108 101 32 556
Calcule teoretice pentru 2
perechi de caracteristici 312,75 104,25 104,25 34,75 556
Diferența (d) – 2,25 – 3,75 + 3,75 + 2,75 0
În cercetările pe care le-a efectuat Mendel cu privire la dihibridare s-au
urmărit caracteristicile neted-zbârcit și galben-verde, iar datele sunt cele din
tabelul 3.
Diferențele dintre numărul cazurilor observate și a celor reieșite din
calcul pot fi mai mari sau mai mici. Pentru a stabili dacă ele nu depășesc
pragul segregării de tip mendelian, dacă segregarea are un caracter
întâmplător sau este urmarea unei legi, se calculează testul X2 (chi pătrat).
Acesta ajută să fie comparată distribuția teoretică a grupelor fenotipie cu
rezultatele experimentale. El se calculează după formula:
X2 ꞊ Ʃ d2/ e
În care: Ʃ este semnul însumării;
d – diferența dintre valoarea observată și valoarea teoretică a
fenomenului cercetat;
e – valoarea teoretică.
Aplicând această formulă pentru datele din tabelul 3, se obține:
X2 ꞊ -2,252/312,75 + -3,752/104,25 + 3,252/104,25 + 2,752/34,75 ꞊ 0,47.
Tabel 4
Tabelul lui Fisher, R.A. de estimare a probabilității
GL Valori P
99 % 95 % 90 % 80 % 70 % 50 % 30 % 10 % 5 % 1 %
1 0,0002 0,004 0,016 0,064 0,15 0,46 1,1 2,7 3,8 6,6
2 0,02 0,10 0,21 0,45 0,71 1,39 2,4 4,6 6,0 9,2
3 0,12 0,35 0,58 1,01 1,42 2,37 3,7 6,3 7,8 11,3
4 0,30 0,71 1,06 1,65 2,20 3,36 4,9 7,8 9,5 13,3
5 0,55 1,14 1,61 2,34 3,00 4,35 6,1 9,2 11,1 15,1
6 0,87 1,63 2,20 3,07 3,83 5,35 7,2 10,6 12,6 16,8
7 1,24 2,17 2,83 3,82 4,67 6,35 8,4 12,0 14,1 18,5
8 1,65 2,73 3,49 4,59 5,53 7,34 9,5 13,4 15,5 20,1
9 2,09 3,32 4,17 5,38 6,39 8,35 10,6 14,7 16,9 21,7
10 2,56 3,94 4,87 6,18 7,27 9,34 11,8 16,0 18,3 23,2

52 Pe baza unor tabele speciale se poate aprecia dacă raporturile de
segregare se abat semnificativ sau nesemnificativ de la tipul mendelian de
segregare. În tabelul 4 , sunt redate, după Fisher, R.A., datele necesare
extinderii probabilităților în funcție de diferite valori ale lui X2 și grade de
libertate. Gradele de libertate se calculează scăzând 1 din numărul claselor
fenotipice. În exemplul dat, gradele de libertate vor fi: 4 – 1 ꞊ 3.
Câutând în tabelul 4 valoarea lui X2 ꞊ 0,47 în dreptul gradelor de
libertate 3, se constată că ea este situată între valorile 0,35 și 0,58. Aceasta
corespunde unei probabilități P de la 0,95 % la 0,90 %, adică la repetarea
încrucișării există șansa de 90-95 % de a obține raportul de segregare de
9:3:3:1. În statistică se consideră că probabilitatea este semnificativă când
fenomenul se repetă la cel puțin 95 % din cazuri, câd există o apropiere mare
între valorile experimentale și cele teoretice.

2.3. Mecanismul citologic al segregării genelor
Gregor Mendel a cercetat comportarea caracteristicilor la descendența
hibridă, considerând factorii ereditari drpt unități materiale. În celulele
somatice ei se găsesc sub formă de pereche, în timp ce în celulele sexuale sub
formă simplă. Segregarea caracteristicilor era condiționată de segregarea
factorilor odată cu formarea celulelor sexuale, iar combinarea lor în diferite
feluri se baza pe întâlnirea întâmplătoare a gameților în procesul de fecundare.
Cercetătorii care au urmat după Mendel au căutat să explice independența și
segregarea caracteristicilor făcând uz de cunoștințele citologice.
Din momentul în care s-a considerat că factorii ereditari sunt localizați
în cromozomi, s-a înțeles că explicația segregării trebuie căutată în
mecanismul cromozomal ce are loc în procesele de diviziune celulară.
Sutton, W.S., (1902) a stabilit că o specie conține în fiecare cromozom
câte un grup de factori ereditari și că fiecare factor dintr-un grup se comportă
independent față de factorii stuați în celelalte grupe. Numărul grupelor de
gene corespunde cu numărul perechilor de cromozomi omologi.
Se știe că celulele-mamă ale gameților au un număr de 2n cromozomi
(fiecare cromozom cu omologul său). În urma diviziunii meiotice,
cromozomii se despart și se formează celulele haploide (gameții). În procesul
de fecundare se reface numărul de cromozomi perechi, astfel încât în fiecare
pereche se repartizează un cromozom de la mamă și unul de la tată.
În cazul când mama și tata prezintă aceeași caracteristică (genă), în
acești cromozomi există factori identici (în doză dublă), iar individul este
homozigot; în cazul în care părinții prezintă caracteristici diferite, individul
rezultat este heterozigot. Când individul heterozigot va forma celule sexuale
acestea vor diferi între ele deoarece într-un gamet va trece un cromozom, iar
în celălalt, perechea lui, care diferă. În acest fel, gametul, luând cu sine numai

53 câte un mambru din perechile de cromozomi omologi, pierde caracterul hibrid
pe care îl avea zigotul și devine pur. Factorul ereditar, care stătea alături de
antagonicul său, devine independent, iar într-o nouă fecundare se va întâlni
fie cu unul identic, fie cu altul diferit, producând în cel de-al doilea caz
segregarea caracteristicilor.
Fig. 8. Schema mecanismului cromozomic al disjuncției pentru o pereche de caracteristici
(după Crăciun, T. și colab., 1991)
2.4. Încrucișări analizatoare . Testcross- ul
În experiențele pe care le-a executat Mendel la încrucișarea dintre cele
două tipuri de mazăre (cu bob galben și bob verde), s-au obținut în F2, boabe
de culoare galbenă, dar și boabe de culoare verde în raport de 3:1. Boabele de
culoare galbenă din F1 au produs deci în F2 plante cu boabe atât de culoare
galbenă, cât și de culoare verde. Aceasta dovedește că ele aveau structură
genetică heterozigotă. Pentru a analiza structura genetică a descendenților
hibrizi cu fenotip dominat se folosește retroîncrucișarea sau backcrossarea cu
părintele recesiv sau cu un tester recesiv, metodă care poartă denumirea de
testcross. Acesta ajută la descoperirea tipurilor de gameți formați de un

54 individ dominant, precum și dacă el este homozigot sau heterozigot pentru
anumite caracteristici. Homozigoții dominanți produc o descendență cu
fenotipul parental, în timp ce heterozigoții dominanți în descendența testcross
segregă.
În figura 9 sunt prezentate schematic rezultatele obținute în urma
aplicării testcross-ului în funcție de genotipul individului dominant testat. În
cazul retroîncrucișării indivizilor homozigoți dominanți ( AA) cu părintele
homozigot recesiv (aa ) se obține un singur fel de indivizi cu același genotip
(Aa) și cu același fenotip (culoare galbenă). Prin retroîncrucișarea indivizilor
heterozigoți (Aa ) cu părintele homozigot recesiv ( aa) rezultă două feluri de
indivizi în proporții egale, 50 % cu genotipul Aa de culoare galbenă și 50 %
cu genotipul aa de culoare verde. Deci, la retroîncrucișare se pot obține două
feluri de rezultate:
– dacă raportul de segregare între cele două caracteristici este de 1:1,
înseamnă că ascendentul dominant testat a fost heterozigot deoarece a produs
două feluri de gameți;
– dacă toți descendenții sunt la fel, înseamnă că ascendentul
dominant a fost homozigot deoarece a format un singut fel de gameți.

Fig. 9. Schema segregării în cazul testcross a unor descendenți hibrizi cu fenotip dominant
(AA sau Aa) (după Crăciun, T. și colab., 1991)

Testcross-ul unui dihibrid constă în încrucișarea descendenților
dominanți F1 cu un părinte dublu recesiv. Dacă descendentul F1 este
heterozigot, AaBb, va da naștere la patru tipuri de gameți și, în consecință,

55 prin testare rezultă genotipurile AaBb, Aabb, aaBb, aabb , care segregă
fenotipic în raport de 1:1:1:1.
Testcross-ul este folosit și în lucrările de ameliorare, atunci când se
urmărește relevarea alelelor recesive. Prin retroîncrucișări (backcrossuri)
repetate se pot restabili în hibrid caracteristicile părintelui care a fost folosit
la încrucișare. Cu fiecare generație de retroîncrucișare se reduc heterozigoții
cu câte 50 % și crește corespunzător numărul homozigoților pentru genele
părintelui cu care s-a încrucișa t.
Așa cum s-a arătat, teoria factorilor ereditari a constituit o importantă
etapă în dezvoltarea geneticii. Lucrările lui Mendel au pus bazele metodei
hibridologice, cu ajutorul căreia se poate studia transmiterea caracteristicilor
în procesul hibridării. Legile eredității descoperite de el constituie
fundamentul geneticii clasice, fără de care nu se pot înțelege cele mai noi
probleme legate de studiul eredității.
Pe lângă valoarea teoretică, legile mendeliene ale eredității au o
deosebită însemnătate pentru ameliorarea plantelor și animalelor, fie că este
vorba de analiza formelor ameliorate, fie de transferul, prin încrucișare, a unor
gene valoroase în procesul de creare a unor noi forme de plante și animale.
Meritele deosebite pe care le are Mendel în fundamentarea geneticii ca știință
îl situează, pe drept cuvânt, la rangul de fondator al geneticii.
2.5. Excepții aparente de la raporturile mendeliene de segregare
Excepțiile aparente au fost denumite astfel deoarece la prima vedere
raporturile fenotipice obținute în urma hibridării nu se încadrează în
rezultatele obținute de Mendel. Analiza genotipurilor și fenotipurilor,
folosind tabelele de combinații, explică însă în mod mendelian formarea lor.
Tot printre cauzele ce modifică raportul de segregare mendelian se înscrie și
acțiunea genelor letale, care duce la moartea unor descendenți.
Dominanța incompletă
În cazul experiențelor lui Mendel, datorită fenomenului de dominanță
completă (totală), heterozigoții ( Aa) prezentau același fenotip ca și
organismele homozigote ( AA). În alte cazuri, însă, fenotipul organismelor
heterozigote ( Aa) se deosebește de cel al organismelor homozigote ( AA).
Monohibridarea de tip Zea . Correns, C., a încrucișat Mirabilis
jalapa alba (cu flori albe) cu Mirabilis jalapa rosea (cu flori roșii). În F1
plantele au produs flori de culoare intermediară, roz. Încrucișarea plantelor
din F1 a determinat obținerea în F2 a 25 % plante cu flori de culoare roșie, 25
% plante cu flori de culoare albă și 50 % plante cu flori de culoare roz; deci,
un raport de segregare de 1:2:1. Cultivând aparte, în continuare, fiecare
categorie de indivizi din F2, a observat că în F3 indivizii cu flori albe,

56 respectiv roșii, reproduc numai flori alve, respectiv roșii, iar cei 50 % indivizi
cu flori roz segregă ca și indivizii din F1, în raport de 1:2:1 (fig. 10 ).
Situații asemănătoare se întâlnesc și la încrucișările care se fac la Zea
mays. De exemplu, încrucișarea unor plante cu boabe albastre x plante cu
boabe galbene, produce în F1 plante cu boabe violete, de unde și denumirea
de ereditate de tip Zea . La animale s-au obținut rezultate similare în
experiențele cu viermi de mătase. Încrucișându-se varietatea ce formează
gogoși albe cu aceea ce formează gogoși galbene, s-a obținut generația F1 cu
gogoși galben deschis, care în F2 a produs o segregare a caracteristicilor de
1:2:1. La găini, prin încrucișarea unor rase cu penajul negru cu rase cu penajul
alb, se obțin în F1 păsări cu penajul albastru (găini andaluze). În F2 se produce
segregarea indivizilor în raport de: 1/4 cu penaj negru, 1/4 cu penaj alb și 2/4
cu penaj albastru.

57 Fig. 10. Schema monohibriării de tip Zea (după Crăciun, T. și colab., 1991)

58 Rezultatele se pot interpreta ținând seama tot de principiile stabilite de
Mendel. Semidominanța se poate simboliza cu S (semidominanță) sau I
(intermediar); deci la Mirabilis jalapa florile de culoare roșie sunt simbolizate
SrSr, iar florile albe cu SaSa. Deci în F1 indivizii cu flori de culoare roz vor
avea genotipul SrSa. În F2 se vor forma trei fenotipuri corespunzătoare celor
trei genotipuri diferite, în proporțiile de 1/4 SrSr : 2/4 SrSa : 1/4 SaSa.
Segregarea caracteristicilor se datorează separării factorilor în gameți diferiți.
În cazul monohibridării de tip Zea, caracterul intermediar se explică
prin relațiile de dominanță incompletă între alelele aceluiași locus. Apariția
la hibrizi a culorilor intermediare demonstrează tocmeo fenomenul de
dominanță parțială. După cum s-a arătat, pentru indicarea fenomenului de
semidominanță se utilizează un simbol comun pentru alelele aceluiași locus
la care se adaugă un indice pentru precizarea alelei. Astfel, heterozigoții
semidominanți F1 formează gameți Sr și gameți Sa. Combinarea lor este
redată în schema următoare:

Spermatii:
Gameți Sr Sa
Sr Sr Sr Sr Sa
Sa Sa Sr Sa Sa
Oosfere:

Polihibridarea cu dominanță incompletă . Fenomenul de dominanță
incompletă se poate manifesta și în cazul dihibridării, fie numai la una dintre
perechile de caracteristici, fie la ambele.
Un exemplu de dominanță incompletă, la o singură pereche de
caracteristici, îl constituie experiența lui Baur, E. El a încrucișat Antirrhinum
majus cu flori zigomorfe de culoare roșie cu o altă varietate cu flori
actinomorfe de culoare albă. În F1 s-au obținut plante cu flori zigomorfe de
culoare roz. Deci, culoarea roșie este parțial dominantă față de culoarea albă:
SrSa, iar forma zigomorfă ( Z) este total dominantă față de forma actinomorfă
(z). În F2 s-au obținut următoarele combinații ale alelelor (tabelul 5).

Tabel 5
Tipurile de combinații pentru două perechi de caracteristici, dintre care une
prezintă dominanță incompletă și alta completă (F2)
Gameți SrZ Srz SaZ Saz
SrZ
Srz
SaZ
Saz SrSrZZ
SrSrZz
SaSrZZ
SaSrZz SrSrZz
SrSrzz
SaSrZz
SaSrzz SrSaZZ
SrSaZz
SaSaZZ
SaSaZz SrSaZz
SrSazz
SaSaZz
SaSazz

59 Din cele 16 combinații de gene: 3/16 plante cu flori de culoare roșie,
zigomorfe (1/16 SrSrZZ + 2/16 SrSrZz); 6/16 plante cu flori de culoare roz,
zigomorfe (2/16 SrSa ZZ + 4/16 SrSaZz); 1/16 plante cu flori de culoare roșie,
actinimorfe (1/16 SrSrzz); 2/16 plante cu flori de culoare roz, actinomorfe
(2/16 SrSazz); 3/16 plante cu flori de culoare albă, actinomorfe (1/16 SaSaZZ
+ 2/16 SaSaZz); 1/16 plante cu flori de culoare albă, actinomorfe (1/16 SaSazz).
Segregarea indivizilor F2 în 6 clase fenotipice (3:6:1:2:3:1) reprezintă
o abatere de la raportul mendelian 9:3:3:1.
Pentru a explica dominanța incompletă în ambele perechi de
caracteristici au fost încrucișate două soiuri de Fragaria vesca, unul cu fructe
de culoare roșie și caliciul normal, altul cu fructul de culoare albă și caliciul
foliar. În F1 s-au obținut plante cu fructe roz și caliciu intermediar. Cele două
perechi de caracteristici se pot nota SrSa și InIf. În F2 s-a produs o segregare
caracteristică, prezentată în tabelul 6.
Tabel 6
Tipurile de combinații pentru două perechi de caracteristici, ambele cu
dominanță incompletă (F2)
Gameți SrIn SrIf SaIn SaIf
Sr In
Sr If
SaIn
SaIf SrSrInIn
SrSrIfIn
SaSrInIn
SaSrIfIn SrSrInIf
SrSrIfIn
SaSrInIf
SaSr If If SrSaInIn
SrSaIfIn
SaSaInIn
SaSa IfIn SrSaInIf
SrSaIfIf
SaSaInIf
SaSaIfIf
Cele 16 combinații de gene segregă în 9 genotipuri și tot atâtea
fenotipuri în raportul 1:2:2:4:1:2:1:2:1 și anume:
– 1/16 plante cu fruct roșu și caliciul normal ( SrSrInIn);
– 2/16 plante cu fruct roz și caliciul normal ( SrSaInIn);
– 2/16 plante cu fruct roșu și caliciul intermediar ( SrSrInIf);
– 4/16 plante cu fruct roz și caliciul intermediar ( SrSaInIf);
– 1/16 plante cu fruct roșu și caliciul foliar ( SrSrIfIf);
– 2/16 plante cu fruct roz și caliciul foliar ( SrSaIfIf);
– 1/16 plante cu fruct alb și caliciul normal ( SaSaInIn);
– 2/16 plante cu fruct alb și caliciul intermediar ( SaSaInIf);
– 1/16 plante cu fruct alb și caliciul foliar ( SaSaIfIf).
Și în acest exemplu, cele 9 clase fenotipice constituie o abatere de la
raportul de 9:3:3:1. Totalul de 16 combinații de gene relevă o dihibridare.
Dominanța incompletă, ca de altfel și dominanța completă, se referă
la relațiile alelice în cadrul aceluiași locus și ea produce aparent abateri de la
rezultatele obținute de Mendel. Modul de segregare fenotipică relevă că și

60 acest tip de ereditate are la bază același mecanism citologic, ca și ereditatea
de tip Pisum.

2.6. Excepții reale de la raporturile mendeliene de spre segregare
Epistazia . Dominanța poate să se manifeste între alelele perechi, A
domină a, B domină b, etc. Un tip aparte de relații dominanță – recesivitate
poate exista și între alelele diferitelor gene, adică între gene nealele, AA
domină Bb, bb domină A, aa domină B, etc. Acest fenomen a fost denumit
epistazie. Genele care inhibă acțiunea unor gene nealele se numesc gene
epistatice, iar genele inhibate se numesc gene hipostatice. Pot fi epistatice sau
hipostatice atât alelele dominante, cât și alelele recesive. În funcție de alela
epistatică, epistazia poate fi de dominanță sau de recesivitate.
Acțiunea epistatică a unei gene dominante asupra culorii glumelor și
boabelor, în urma încrucișării speciilor de Avena fatua (glume și boabe negre)
și Avena sativa (glume și boabe albe) se prezintă astfel:

Avena fatua Avena sativa

P: NNGG x nngg

F1: NnGg

Avena fatua
NG Ng nG ng
NG NNGG NNGg NnGG NnGg
Ng NNGg NNgg NnGg Nngg
nG NnGG NnGg nnGG nnGg
ng NnGg Nngg nnGg nngg

Raportul de segregare în cazul epistaziei de dominanță este 12:3:1. Un
exemplu îl oferă încrucișarea dintre ovăzul cu glume negre și ovăzul cu glume
albe. În F1 se onțin indivizi care au glume negre, iar în F2 are loc segregarea
în: 12/16 indivizi cu glume negre: 3/16 indivizi cu glume cenușii : 1/16
indivizi cu glume albe. Acest raport nu este tipic mendelian, dar orientându-
ne după raportul mendelian de 9:3:3:1, se poate deduce că grupa de 12 se
compune din 9+3. De asemenea, ovăzul cu glume negre conține două gene
dominante, ovăzul cu glume cenușii o genă dominantă, iar cel cu glume albe
nici una, fiind recesiv. N este gena care determină culoarea neagră – epistatică
– , G este gena producătoare a culorii cenușii – hipostatică – , iar n și g alelele
lor producătoare a culorii albe.

61 Din analiza combinațiilor rezultă: combinațiile care conțin N au boabe
negre, acelea care conțin G vor da boabe cenușii, iar acelea care conțin nngg
produc boabe albe. Gena N are acțiune epistatică asupra genei G.
În epistazia de dominanță, atât gena epistatică, cât și gena hipostatică
sunt reprezentate de gene nealele dominante. Se cunosc asemenea exemple
atât din domeniul vegetal, cât și cel animal.
Epistazia de dominanță și recesivitate se manifestă la încrucișarea
între rasele de găini albe Leghorn x Wyandotte. În F1 se obțin găini albe (cu
unele pete negre), iar în F2 un raport de 13-16 indivizi albi:3/16 indivizi negri.
Totalul de 16 combinații indică acțiunea a două perechi de gene. Din
analiza generației F2 se poate deduce că la rasa Leghorn în genotip, alături de
gena dominantă ce determină culoarea, mai există o genă epistatică care
inhibă manifestarea acțiunii genei pentru culoare. Rasa Wyandotte posedă
alela recesivă c, care la rândul ei, este epistatică asupra genei ii ce produce
culoarea. Culoarea neagră apare numai în prezența genei dominante ce
produce culoarea și a genei recesive ii.
Notând cu I gena epistatică și cu C gena hipostatică rezultă:
Leghorn x Wyandotte
P: IICC x iicc
F1: IiCc (alb cu pete negre)
F2: 12/16 indivizi de culoare albă determinată de gena epistatică
I (1/16 IICC; 2/16 IICc; 2/16 IiCC; 4/16 IiCc; 1/16 Iicc; 2/16 Iicc și 1/16
indivizi de culoare albă determinată de gena epistatică cc asupra genei ii) :
3/16 indivizi de culoare neagră (1/16 iiCC; 2/16 iiCc) (vezi figura 11 ).

62

Fig. 11. Epistazia genei dominante și a genei recesive asupra culorii penajului la
încrucișarea dintre rasele de găini Leghorn și Wyandotte, ambele cu penaj alb

Gena epistatică I inhibă acțiunea genei hipostatice C, care determină
culoarea; gena cc inhibă acțiunea genei ii care produce culoarea.
Epistazia de recesivitate consttuie acțiunea unei gene recesive în stare
homozigotă, care inhibă acțiunea genelor dominante sau recesive din alte
perechi de alele (exemplu aa inhibă B sau aa inhibă bb).
Fenomenul se poate evidenția la încrucișarea unor șoareci albi cu
șoareci negri. Tipul albinotic este genetic de tip sălbatic deoarece posedă gena
A, care însă nu se manifestă din cauza prezenței genei epistatice recesive cc,
care inhibă formarea oricărui pigment.
P: șoareci albi x șoareci negri

F1 Aacc x aaCC (tip sălbatic)

F2: 9/16 ( AC – tip sălbatic) : 3/16 ( aaC – negri) : 4/16 ( Acc și aacc –
albi).

63 În acest caz, epistazia s-a manifestat din partea genei cc asupra genei
A. Șoarecii cu genotipul Acccc erau albi deoarece gena c, în stare homozigotă
a împiedicat manifestarea genei A ce producea pigment.
Interacțiunea complementară a genelor
Intercțiunea complementară a genelor constă în acțiunea unor gene
nealele, care în stare homozigotă sau heterozigotă dominantă conclucrează
pentru apariția unei caracteristici deosebite Dacă una din aceste gene
dominante lipsește din sistem, caracteristica nu se produce.
Acest tip de interacțiune a fost descoperit prima dată la Lathyrus
odoratus, plantă care are, în general, flori de culoare roșie, dar și varietăți cu
flori albe. Încrucișându -se două varietăți cu flori de culoare albă s -au obținut
în F1 plante cu flori de culoare roșie , prin autopolenizarea cărora în F2 au
rezultat plante ce au segregat în raportul 9:7 (9/16 plante cu flori roșii și 7/16
plante cu flori albe) .
Raportul de segregare de 9:7 arată că este vorba de o dihibridare.
Explicația nu poate fi decât următoarea: culoarea roșie este condiționată de
prezența a două gene dominante A și B. Dacă există numai o genă din acestea
nu se produce culoarea roșie în F1. Părinții vor trebui să aibă genotipurile:
AAbb și aaBB, iar hibriziidin F1 sunt AaBb. În F2 se produce segregarea
genelor nealele în raport de 9/16 AB : 3/16 Abb : 3/16 aaB : 1/16 aabb.
Culoarea se manifestă numai în genotipul AB care determină elaborare
pigmenților antocianici. Restul indivizilor (7/16) care nu conțin aceste două
gene dominante sau conțin numai una din ele, au florile de culoare albă.
La porumb, producerea antocianului se datorează interacțiunii dintre
alelele dominante a trei perechi de gene AACCRR . Boabele necolorate aparțin
plantelor din al căror genotip lipsește cel puțin una din aceste trei gene
dominante ( aaCCRR, AaccRR și AACCrr). Din încrucișarea plantelor cu
boabe necolorate cu genotipul aaCCRR cu plante tot cu boabe necolorate
având genotipul Aaccrr vor rezulta plante cu boabe colorate, care conțin
genele AaCcRr. În F2 aceste două caracteristici segregă în raportul 27
colorate : 37 : neco lorate.
Pleiotropia
Analiza modalităților de acțiune a genelor a scos în evidență și
fenomenul prin care una și aceeași genă poate să contribuie la formarea mai
multor caracteristici. Aceste gene au fost denumite pleiotrope, iar fenomenul
determinat de ele pleiotropism.
Numeroase cercetări au fost efectuate în această privință pe
Drosophila . Alela mutantă vg (vestigial), care reduce mărimea aripilor,
micșorează în același timp fecunditatea, reduce numărul de ouă, modifică

64 poziția perișorilor de pe corp, etc. Alela mutantă ivory este responsabilă de
culoarea deschisă a ochilor, are acțiune negativă asupra tuburilor Malpighi și
modifică forma spermatecilor.
Genele pleiotrope determină, în mare parte, corelațiile dintre diferite
caracteristici și mențin aceste corelații de -a lungul generațiilor. Astfel de
corelații poartă denumirea de corelații genotipice. În afară de efectul lor, ușor
de evidențiat, au și o acțiune multiplă de o mare însemnătate deoarece
majoritatea acestor gene manifestă, într-o măsură mai mare sau mai mică,
influența asupra altor gene.

Letalitatea
Alelele letale sunt mutante dominante sau recesive care atunci când
acționează provoacă moartea indivizilor. Fenomenul de letalitate schimbă
proporția în care are loc disjuncția caracteristicilor în urma hibridărilor.
La încrucișarea între ei, a unor șoareci de culoare galbenă, Cuenot, L.,
a obținut în F1, pe lângă indivizi de culoare galbenă și indivizi de culoare
neagră. Raportul de segregare a fost de 2:1. Explicația a fost că față de
raportul 1:2:1 lipsește 1/4 din ganotipuri, respectiv fenotipuri, a căror zigoți
au murit în uterul femelelor înainte de naștere. Notând cu Ay gena mutantă
letală și cu a gena normală, rezultă că genotipul părinților și al combinațiilor
descendente este:
P: aAy x aAy

Descendenți: aa aAy Aya AyAy

Genotipurile aa (1/4) produc culoarea neagră și indivizii sunt viabili,
normali; genotipurile aAy (2/4) produc culoarea galbenă și sunt heterozigoți;
genotipurile AyAy (1/4) sunt letale. În cazul de față genele letale exercită o
acțiune de dominanță parțială, manifestându-se numai în stare homozigotă.
La plante se cunosc mutații letale recesive care, în stare homozigotă,
împiedică formarea clorofilei fără de care o plantă nu poate supraviețui.
Semințele acestor plante germinează și dezvoltă o plantulă care trăiește până
în momentul când substanțele de rezervă din endosperm se termină.
Letalitatea sau semiletalitatea se manifestă la un anumit stadiu de
dezvoltare a organismului, fie în funcție numai de acțiunea alelei mutante
letale, fie în funcție de acțiunea ei combinată cu influența condițiilor de mediu.

Acțiunea modificatoare a genelor
Există gene cu acțiune de bază în determinarea unei anumite
caracteristici, altele interferă cu alte gene influențând acțiunea acestora Acest
ultim tip de gene au primit denumirea de gene modificatoare. Atunci când o

65 genă slăbește expresia fenotipică a altei gene nealele se numește reducătoare,
iar când întărește expresia fenotipică a unei alte gene nealele, amplificatoare.
Acțiunea acestor gene poate fi evidentă sau uneori destul de discretă.
Dificultăți se manifestă la distribuirea indivizilor în clase fenotipice distincte.
Ori de câte ori acționează, acestea modifică proporțiile mendeliene de
segregare. Astfel, există o genă la Drosophila (tetraptera) care poate să
transforme balansierele în aripi seminormale. O altă genă, tot la Drosophila ,
numită erupt, determină dezvoltarea unui fel de tars în ochi.
La șoarecii negri, culoarea blănii este determinată de factorul a, care
acționează în stare homozigotă, dar în prezența factorului C. O altă genă, D,
are rolul de a intensifica pigmentația. Dacă gena D lipsește sau este în stare
recesivă, părul capătă o culoare mai deschisă.
Segregarea preferențială a cromozomilor sau genelor în meioză.
În timpul diviziunii meiotice, de obicei, cromozomii omologi se
distribuie în celulele fiice în raport de 1:1. Uneori însă, în ovogeneză și
macrosporogeneză un cromozom sau un segment de cromozom trece de
preferință în ovul resoectiv în oosferă, în timp ce omologul lui, trece în nucleii
polari din sacul embrionar. Acești cromozomi nu participă la formarea
zigotului. Fenomene similare pot să apară și la formarea spermatozoizilor sau
a spermatiilor.
Un caz de segregare preferențială a fost studiat la porumb de către
diferiți cercetători. S-a constatat că la mai multe soiuri de porumb din
America de Sud și S-E Statelor Unite, cromozomul 10 se deosebește de
omologul său din alte soiuri printr-o porțiune terminală în plus,
heterocromatică, în care se găsește un knob. Segregarea cromozomilor în
meioză se face în funcție de felul cromozomului 10. Când aceștia sunt
normali, segregarea se face în raport de 1:1. Când unul din cromozomii 10
este normal, iar omologul său posedă knob, în megasporogeneză are loc o
segregare preferențială, în favoarea cromozomului cu knob (aprox. 70 %
gameți cu 10 a și 30 % gameți cu 10 n). Acest fenomen a fost pus în evidență
urmărindu-se cum se transmite la descendenți gena R, care dirijează formarea
pigmentului antocianic la semințe și la plante. S-a încrucișat o linie de porumb
cu cromozomii 10 a cu knob și purtători ai alelelor dominante RR. În F1 s-au
obținut plante cu boabe de culoare roșie, cu genotipul Rr. Prin
retroîncrucișarea hibridului cu părintele cu caracteristica recesivă ( rr) s-au
obținut 70,2 % indivizi cu boabe necolorate și 29,8 % indivizi cu boabe roșii.
În mod normal ar fi trebuit să se obțină indivizi cu boabe necolorate și boabe
de culoare roșie în proporție de 1:1. Din cauza segregării preferențiale a
cromozomilor cu knob, procentul a fost modificat în favoarea acestuia.

66 Fenomenul de segregare preferențială a cromozomilor în meioză a fost
pus în evidență și la Drosophila melanogaster . S-a observat că la unele femele
cromozomii X sau cromozomii perechii a II-a și a III-a nu sunt egali ca
mărime. S-a constatat o segregare preferențială a cromozomilor scurți, în
sensul că din ovule circa 70 % dau naștere la indivizi care posedă cromozomi
mai scurți (normali).

Nesepararea cromozomilor în meioză (non -disjuncția).
În meioză, toate perechile de cromozomi se despart și se repartizează
î celulele haploide care se formează. Uneori, prin nesepararea unor perechi de
cromozomi în meioză, la prima diviziune se formează o celulă cu un
cromozom în plus și o celulă cu un cromozom în minus. Celulele sexuale care
se formează din acestea vor produce în procesul fecundării zigoți cu 2n+1 și
2n-1 cromozomi.
La Drosophila melanogaster non-disjuncția afectează mai mult
perechile cromozomilor sexului și a perechii a IV-a (cromozomii punctiformi).
Aceste anomalii se întâlnesc mai frecvent la organismele triploide și
mai puțin la organismele diploide.

Formarea nerandomizată a zigoților.
În procesul fecundării, de regulă, gameții se întâlnesc între ei în mod
întâmplător, adică randomizat. Uneori, aceștia nu se întâlnesc la întâmplare,
ci după anumite preferințe (nerandomizat). Acest fenomen este favorizat de
viabilitatea inegală a celulelor sexuale mascule și de capacitatea de formare
și de maturizare inegală a stigmatului
La porumb există gene care controlează creșterea tubului polinic în
stil. Polenul care conține alela dominantă a genei S dezvoltă tubul polinic mai
repede și formează un număr mai mare de zigoți de acest gen.

67 III.LINKAGE ȘI CROSSING -OVER
Descoperirea comozomilor și stud iul comportării acestora în timpul
diviziunii reducționale au conferit principiilor mendeliene o bază citologică.
Dacă în meioză cromozomii sunt distribuiți normal ca unități complete și
inseparabile, la descendenți se vor uni întotdeauna alele perechi. Fenomenele
segregării și combinării independente care se aplică atât la cromozomi, cât și
la gene rezultă din faptul că în timpul meiozei membrii diferitelor perechi
cromozomale se distribuie independent într-un gamet sau altul (alelele Aa și
Bb sunt localizate în diferiți cromozomi). Ca urmare, ele se și pot combina
independent. Acest fapt a fost descoperit și explicat de Mendel și reprezintă
a doua lege mendeliană.
Numărul de cromozomi în stare haploidă este limitat: la mazăre n=7;
la porumb n=10; la Drosophila melanogaster n=4; la om n=23, etc. Astfel,
numărul genelor în organism este mai mare decât numărul cromozomilor. De
exemplu, la D. m eanogaster au fost studiate mai multe sute de gene. Rezultă
deci, că fiecare cromozom trebuie să conțină mai multe gene. În cazul în care
două caracteristici sunt independente de două gene localizate în același
cromozom, nu va rezulta o combinare sau o asortare independentă a genelor.
Asemenea gene tind să rămână împreună în timpul meiozei. În acest caz,
legea mendeliană nu se confirmă.
Primul care a prevăzut existența unui număr mai mare de gene în
fiecare cromozom a fost Sutton, în 1902. Tot el a prevăzut fenomenul linkage,
potrivit căruia factorii ereditari sau genele din oricare cromozom rămân legate
sau unite în timpul meiozei și sunt moștenite împreună.
Fenomenul linkage a fost descris pentru prima dată de către
geneticienii englezi Bateson și Punnett, în anul 1906. La încrucișarea a două
soiuri de Lathyrus odoratus ei nu au mai observat fenomenul combinării
independente a genelor. Pentru încrucișare ei au folofit un soi de Lathyrus cu
flori purpurii și grăunciori de polen de formă cilindrică și un alt soi cu flori
roșii și grăunciori de polen de formă sferică. Primele caracteristici sunt
dominante față de caracteristicile secunde, deci pot fi simbolizate AABB,
aabb. Ei au prevăzut pentru F2 raportul 9:3:3:1 pe baza raportului dintre cel
4 feluri de gameți: 1 AB : 1Ab : 1aB : 1ab. Dar, a șteptările lor nu s-au realizat.
În F2 predominau atât florile purpurii cu polen cilindric, cât și cele roșii cu
polen sferic. Totodată, s-au format și câțiva indivizi cu flori purpurii și polen
sferic și flori roșii cu polen cilindric. Raportul dintre aceste grupe fenotipice
a fost de 7 :7 : 1 :1. Pentru verificarea rezultatelor au fost încrucișate alte
forme de Lathyrus care posedau aceleași caracteristici, dar în alte combinații
și anume: flori purpurii și polen spefic cu flori roșii și polen cilindric. Florile

68 hibride în F1 s-au autopolenizat. În acest caz, în urma analizei descendenței
din F2, Bateson și Punnett au constatat că dominau combinațiile parentale
într-o proporție exagenrată, în timp ce formele noi sau recombinările
reprezentau o proporție redusă. Ca urmare, ei au ajuns la concluzia că aceste
două perechi de alele la Lathyrus nu se combină independent. Deși în F1 au
fost produse 4 feluri de gameți, au predominat gameții cu genele dominante AB
sau recesive ab, în timp ce gameții Ab sau aB au avut o frecvență mai mică.
Bateson și Punnett au considerat aceste observații ca fiind cazuri
excepționale. Pentru explicarea acestora ei au elaborat teoria ˝cuplării și
repulsiei˝. Fenomenul în care cele două gee dominante tind să intre în același
gamet și să fie transmise împreună a fost numit cuplare, iar fenomenul în care
o genă dominantă și una recesivă tind să intre în gameți într-o proporție mai
mare a fost numt repulsie.
Clasele de recombinare diferă în funcție de faza în care se găsesc alelele
dominante la formele parentale. Astfel, la încrucișarea AABB x aabb, când cele
două gene dominante sau recesive provin de la același părinte și tind să rămână
împreună, se numește faza de cuplare, în timp ce încrucișarea Aabb x aaBB
ilustrează faza de repulsie. Sunt de asemenea, folosiți termenii similari cis
(cuplare) și trans (repulsie), proveniți din chimia organică, care identifică
corpurile compuse ce au o compoziție atomică identică, dar aranjată diferit
(izomeri). În genetică, acești termeni sunt folosiți pentru definirea celor două
posibilități de aranjare a celor două perechi de alele în cromozomii omologi.
Rezultate similare celor obținute de Bateson și Punnett au fost obinute
și de alți cercetători. S-a formulat astfel ideea că legea combinării
independente nu se aplică în toate încrucișările.

3.1. De scoperirea linkage- ului și crossing-overului
Între anii 1910-1915, Morgan, Th., a efectuat o serie de cercetări pe
Drosophila mela nogaster. Pe baza observațiilor obținute, el elaborează teoria
cromozomică a eredității , deoarece asociază genele cu cromozomii.
Cercetările lui Morgan și ale colaboratorilor săi, Bridges, C.B.,
Sturtevant, AA. și Muller, H.J., nu infirmă legea a doua mendeliană, dar
precizează că ea nu este universală, ci limitată la genele din diferiți
cromozomi care se comportă la încrucșare independent. În același timp,
Morgan precizează că acel fenomen de cuplare și repulsie nu sunt fenomene
separate, ci sunt aspecte ale unui singur fenomen pe care l-a denumit linkage
sau înlănțuire și care definește tendința genelor dintr-o pereche de cromozomi
sau grup linkage sau grup de înlănțuire de a intra în gameți în combinația
parentală. El a arătat că intensitatea sau tăria linkage-ului sau înlănțuirii
depinde de distanța dintre genele legate (unite sau înlănțuite) în cromozom.
Această idee a permis să se dezvolte teoria despre aranjarea lineară a genelor

69 în cromozom, să se calculeze distanța dintre diferitele gene din același grup
linkage (cromozom), să se alcătuiască hărțile genetice sau ale cromozomilor.
Grupele linkage au fost stabilite la o serie de specii de plante și
animale. Rezultate mai complete s-au obșinut la Drosophila melanogaster
(patru grupe linkage), Zea mays (10 grupe linkage), Neurospora , precum și la
tomate, grâu și câteva specii de animale și om.
Opus linkageului este fenomenul crossing-over . Acesta definește
tendința genelor de a intra în gameți în alte combinații decât cele în care se
găsesc la părinți. Combinațiile noi se numesc recombinări sau crossovere.
Acest fenomen constă în schimbul de grupuri sau blocuri de gene
corespunzătoare între cromatidele nesurori ale cromozomilor omologi.
Procesul a fost denumit crossing-over sau recombinare. Baza fizică a
crossing-overului a fost dată de Janssens, F.A. (1909), care a observat și
interpretat natura chiasmelor ce apar în meioză (profaza I, stadiul diplonem).
Analiza mecanismului fenomenelor linkage și crossing-over a dus la
oserie de descoperiri importante. S-a stabilit că, în general, genele au tendința
permanentă de a rămâne împreună în același membru al perechii de
cromozomi, deci, în același grup linkage, determinând un linkage complet
sau absolut. Uneori însă, are loc schimbul sau crossing-overul între membrii
perehilor de cromozomi omologi, deci linkahe-ul este incomplet sau relativ.
Linkage-ul este mai intens când diverși loci sunt foarte apropiați și scade când
genele din același grup sunt mai îndepărtate. Intensitatea linkage-ului între
două gene din cromozom este reflectată de numărul de combinații prin
crossover, formate între cele două gene în meioză. Ca urmare, șansa ruperii
cromatidelor între două gene foarte apropiate este mai mică față de altele
situate la distanță. Rezultă că ruperea cromatidei și reunirea este mai mult sau
mai puțin întâmplătoare de-a lungul întregii lungimi a cromozomului și că
numărul de ruperi într oricare dintre două gene sau două puncte este direct
proporțională cu distanța dintre cele două gene sau cele două puncte
O unitate de distanță echivalentă cu un procent crossing-over a fost
numită unitate Morgan în cinstea celui care a studiat pentru prima dată
organizarea structurii genetice a cromozomilor.
Linkage-ul complet .
La Drosoplila melanogaster au fost cercetate aproximativ 500 de gene
localizate în cele patru perechi de cromozomi. Dacă se încrucișează musculițe
cu corpul de culoare cenușie (tip sălbatic – B) cu altele cu corpul de culoare
neagră (forma mutantă – b), în F1 domină culoarea cenușie, iar în F2 se
manifestă fenomenul de segregare în raport de 3:1. La fel se întâmplă și în
cazul încrucișării unor mu sculițe cu ochii roșii cu altele cu ochii sepia (formă
mutantă). După cum s-a arătat, la Drosop hila melanogaster există perechea

70 de alele V și v, care afectează lungimea aripilor. V determină aripa normală,
iar v aripa vestigială. În F1 toți descendenții sunt Vv – aripi normale, iar în F2
cele două caracteristici sunt prezente în raportul de 3:1.
La încrucișarea unor musculițe cu aripi vestigiale cu corpul cenușiu
cu altele cu aripi normale cu corpul negru, descendenții F1 sunt toți normali,
adică cu aripi normale și corp cenușiu. Potrivit legilor mendeliene testarea
unor asemenea masculi F1, cu femele dublu recesive – vestigial-negru – ar
trebui să dea un raport de 1 : 1 : 1: 1, rezultat similar cazurilor testării unui
dihibrid cu un dublu recesiv (figura 12).
Fig. 12. Tipurile de descendenți și raportul așteptat la Drosophila melanogaster la testarea
dihibridului Bb Vv x bb vv în cazul unor gene independente
(după Crăciun, T., 1970)
Dar în urma testării s-au obținut cu totul alte rezultate decât cele
așteptate. Modificarea rezultatelor în cazul testării acestor heterozigoți
masculi de Drosop hila este determinată de fenomenul de linkage complet
(figura 13 ).

71 Fig. 13. Fenomenul linkage complet la Drosophila melanogaster relevat prin testarea
heterozigoților masculi F1 cu femele dublu recesive
(după Crăciun, T., 1970)
În urma testcrossului hibridului mascul F1 cu o femelă dublu recesivă
s-au obținut numai două tipuri de descendenți, asemănători părinților
originali. În acest caz, cu toate că indivizii supuși testării sunt hibrizi, nu apar
combinații noi între gene, ci doar combinațiile parentale, datorită faptului că
la masculul de Drosophila se manifestă fenomenul de linkage complet.
Fenomenul rezultă din faptul că heterozigotul mascul F1 nu produce patru, ci
numai două tipuri de gameți și anume: Bv și bV, care sunt identici cu gameții
care s-au unit și au dat naștere individului mascul heterozigot F1. Deci, genele
Bv ca și bV merg la încrucișare împreună și ramân tot împreună la formarea
gameților și nu are loc combinarea întâmplătoare. Cauza constă în faptul că
ambele gene se găsesc în același cromozom, iar cele două perechi de gene în
aceeași pereche de cromozomi (în cromozomul II) (figura 14 ).

72

Fig. 14. Cromozomii la Drosophila melanogaster și localizarea genelor Bb și Vv
(după Crăciun, T., 1970)

Fenomenul de linkage complet se întâlnește rar. El poate fi prezent în
toate perechile de cromozomi sau poate afecta numai o pereche de cromozomi
sau o regiune oarecare dintr-o pereche de cromozomi, care nu pot să conjuge
pentru a se recombina. Fenomenul de linkage complet se manifestă la masculul
de Drosophila (sex heterogametic). În general, este cunoscut un număr redus
de cazuri în care linkage-ul este complet la un sex (sexul mascul la majoritatea
dipterelor și sexul femel la lepidoptere), în timp ce la celălalt sex apare
fenomenul de crossing-over, care se manifestă mai mul sau mai puțin intens. În
cazul Drosophilei , pe baza cercetărilor citologice, Darlington (1935) a constatat
că lipsa crossing-overului la masculi se datorează, pe de o parte, faptului că
perechea de cromozomi sexuali nu este omologă, iar pe de altă parte, lipsa unor
chiasme adevărate în profaza meiozei între cromozomii bivalenți.

Linkage- ul incomplet și recombinarea
Tendința de rămânere a genelor în combinațiile parentale sau
combinațiile vechi se manifestă ca un fenomen relativ general. Cu toate
acestea, în anumite condiții, există totuși posibilitatea separării lor.
O asemenea situație se poate observa la D. melanogaster , în cazul
când se încrucișează aceeași părinți: corp cenușiu, aripi vestigiale x corp
negru, aripi normale, doar că pentru testare se folosesc dihibrizi F1 de sex
femel, iar ca formă tester, musculițe dublu recesive de sex mascul.
Heterozigotul F1 de sex femel formează în timpul gametogenezei 4
feluri de ovule. Ca urmare, în descendența rezultată din încrucșarea
dihibridului femel F1 cu izogameții masculi produși de testerul dublu recesiv,
apar 4 fenotipuri, dar într-un raport diferit în funcție de proporția reprezentată
de fiecare din grupele de gameți. Majoritatea sunt tipuri parentale. Alături de
acestea apar însă și tipuri noi. Combinațiile parentale, care reprezintă 83 % se
datorează faptului că genele sunt transmise înlănțuit, în timp ce tipurile noi,

73 în proporție de 17 %, reprezintă recombinări sau crossovere ale acelorași
gene. Raportul dintre fenotipuri este dat de proporția tipurilor de gameți
formate de dihibridul F1 de sex femel, deoarece părintele dublu recesiv
produce numai un singur fel de gameți (figura 15 ).
Fig. 15. Linkage incomplet între doi loci la Drosophila melanogaster prin încrucișarea și
testarea femelei F1 cu un mascul dublu recesiv (după Crăciun, T., 1970)
Recombinarea materialului genetic și anume formarea tipurilor noi de
ovule BV și bv, are loc în urma ruperii cromatidelor nesurori din cromozomi,
urmată de transferul reciproc al unor gene; în felul acesta a avut loc fenomenul
crossing-over sau recombinarea genelor.
Gameții bV și Bv în care genele rămân unite ca în combinația originală
se numesc gameți fără crossing-over (non crossovere). Deoarece nu în toți
gameții genele intră în combinația originală, fenomenul se mai numește și
linkage incomplet.
Morgan a arătat că frecvența crosing-overului în cazul celor două
perechi de gene a fost dată de distanța dintre aceste gene în cromozom. La
alte gene, raportul de recombinare este altul. Pentru a verifica rezultatele, el a

74 încrucișat indivizi dublu dominanți ( BV BV) cu indivizi dublu recesivi ( bv bv).
În urma acestei încrucișări, urmată de testarea unor femele dihibride F1 ( BV
bv) cu masculi dublu recesivi ( bv bv), proporția între combinațiile parentale
și recombinările datorate crossing-overului a fost aceeași (figura 16 ).

Fig. 16. Verificarea frecvenței crossing-overului la Drosophila melanogaster între locii
(BV) prin încrucișarea unor musculițe dublu dominante x dublu recesive și testarea femelei
F1. Descendența testcross segregă în raport de 83 % noncrossovere și 17 % crossovere
(după Crăciun, T., 1970)

Acest exemplu demonstrează că alelele normale și anume genele
pentru corp cenușiu și aripi normale suferă crossing-over cu aceeași frecvență
ca și alelele mutante, respectiv genele pentru corp negru și aripi vestigiale. De
asemenea, s-a stabilit că grupele linkage corespung exact numărului
perechilor de cromozomi. Cercetările au arătat că există o oarecare
corespondență între numărul de gene din diferitele grupe linkage și lungimea
relativă a cromozomilor. Aceste descoperiri, împreună cu constatarea că
procentul de crossing-over dintre două gene este constant, a permis să se
alcătuiască harta celor patru cromozomi ai Drosophilei (Crăciun, T., 1970).

75 3.2. Mecanismul citologic al crossing -ove rului
Studiul comportării cromozomilor în meioză a dezvăluit baza
citologică a fenomenului crossing-over. Pentru a putea urmări în cursul
meiozei acest fenomen, se iau în considerare două gene înlănțuite într- o
pereche de cromozomi ( AB) și ( ab), apoi se observă repartizarea genelor în
cele 4 celule haploide care rezultă în meioză.
În profaza I, cromozomii omologi se atag și se așează unul lângă altul
cu cromonemele similare în aceeași linie. În stadiul diplonem, centromerii
celor doi cromozomi omologi se separă, în timp ce cromatidele lor rămân
unite în anumite puncte (chiasme). Se consideră că în aceste puncte se întrerup
cele două cromatide și are loc transferul unor blocuri de gene omologe. Deci,
crossing-overul reprezintă un schimb de segmente cromatiice între
cromozomii omologi. În acest caz, alături de combinațiile ( AB) (ab) apar
recombinațiile ( Ab) (aB) sau crossoverele
Cercetarea profazei I a evidențiat faptul că acele chiasme afectează
numai cromatidele nesurori. Deci, crossing-overul nu afectează întregul
cromozom. Aceasta este o regulă generală care ajută la explicarea faptului că
întotdeauna numărul de recombinări sau crossovere este mai mic de 50 % din
totalul urmașilor supuși cercetărilor.
La sfârșitul primei diviziuni meiotice fiecare cromozom se divide în
cele două cromatide-fiice, una mergând într-un gamet, iar cealaltă în altul.
Astfel, în anafaza II apar 4 tipuri de combinații diferite ale celor 2 perechi
originare de gene și anume: AB, ab, Ab, și aB (figura 17 ).
Fig. 17. Apariția unui crossing-over în meioză și efectele asupra structurii genetice
a gameților (după Crăciun, T., 1970)
Cu alte cuvinte, vor fi 2 non crossovere și 2 crossovere. Pentru ca un
crossover să fie identificat este necesar ca segmentele de cromatide schimbate
să se deosebească una de alta, cel puțin în privința a două gene (figura 18 ).

76

Fig. 18. Schema unui crossing-over simplu între genele înlănțuite A și B. Două din cele
patru cromatide schimbă segmente la punctul de contact (chiasma), determinând schimbări
în structura genetică a gameților (după Crăciun, T., 1970)

Când distanța între două puncte (gene) este mare, crește posibilitatea
apariției de chiasme între doi cromozomi omologi. Studiile efectuate pe
Drosophila și Neurospora au arătat că în aceste cazuri, nu numai două, ci
toate cele patru cromatide pot fi afectate de crossing-over.
Unele cercetări efectuate la porumb, au relevat de asemenea,
posibilitatea apariției fenomenului crossing-over și între cromatidele surori
(la cromozomul 6)(Schwartz, 1953). Acest fapt poate asigura apaiția a patru

77 tipuri posibile de gameți, ca urmare a celor patru posibilități de combinare pe
care le au cromatidele dintr-un cromozom bivalent (figura 19 ).
Fig. 19. Crossing-over simplu și multiplu între două cromatide nesurori. Crossing-overele
dublu și quadruplu (între locii a-c) nu dau naștere la crossovere (++ și ac rămân împreună).
Crossing-overele simplu și triplu formează crossovere (după Crăciun, T., 1970)
Potrivit teoriei clasice a lui Janssens, chiasmele reprezintă un schimb
de segmente între două din cele patru cromatide ale cromozomilor omologi
(o cromatidă de ma forma mamă și una de la forma tată). Astfel, schimbul de
segmente are loc între cromatidele nesurori.
Din sinteza cerecetărilor cu privire la mecanismul crossing-overului
se desprind o serie de concluzii. Procesul apare după formarea cromatidelor,
deci după replicarea ADN. Apariția are loc în timpul sau la sfârșitul stadiului
pachinem, iar chiasmele vizibile în diplonem reprezintă, cu mici excepții,
manifestarea citologică a acestui fenomen.
Potrivit concepției actuale, chiasmele se formează la punctele unde a
avut loc interschimbarea segmentelor între cromatidele omologe. Toate
perechile de cromatide nesurori au o probabilitate egală de crossing-over la
oricare punct. Interferența poate preveni apariția crossing-overelor pe o

78 distanță oarecare de la unul la altul. Cerecetările cu izotopi radioactivi au
demonstrat că în cromozomii virușilor are loc ruperea și reunirea catenelor de
ADN. La organismele superioare unitatea de schimb nu este o catenă singură
de ADN, ci un helix dublu sau chiar mai multe structuri bicatenare de ADN.
Precizia ruperii și reunirii sugerează că fenomenul crossing-over este
rezultatul unei reacții care apare într-un mod controlat cu precizie.

Factorii care afectează crossing -overul
Frecvența apariției crossing-oveului se poate modifica sub influența
unor factori. Aceasta impune ca în vederea stabilirii hărților cromozomale,
experimentarea să se execute în laborator, în condiții controlabile.
Crossing-overul este afcetat de mai mulți factori:
– Sexul – La Drosophila melanogaster , ca și la alte Diptere, la sexul
mascul (heterogametic), din cauza linkage complet nu apare crossing-over.
De asemenea, din cauza linkage complet nu apare crossing-over la sexul
femel al viermelui de mătase ( Bombix mori ), ca și la alte Lepidoptere.
– Vârsta – Studiul crossing-overului la Drosophila a relevat faptul că
acest fenomen variază cu vârsta femelei (Bridges, 1915, 1927). Astfel, față de
primele două zile de la ajungerea la maturitate a femelei, când frecvența
crossoverelor este maximă, după 10-11 zile recombinările sunt minime
(Crăciun, T., 1970).
– Temperatura – Asupra frecvenței crossing-overului o mare
influență o are temperatura. Observații privind infșuența temperaturii asupra
crossing-overului au fost efectuate pe Drosophila . Graubard, M.A., (1934) a
împerechiat musculițe de oțet la 250C. iar larvele F1 le-a crescut pe diferite
temperaturi. Apoi, femelele virgine F1 au fost împerechiate cu masculi
recesivi tot la 250C Aceste femele și descendența au fost păstrate la 250C. A
fost studiat cromozomul II (centromerul în regiunea pr-cn) și s-a constatat
procente diferite de recombinări, deci temperatura mediului poate modifica
frecvența crossoverelor (Crăciun, T., 1970).
– Aberații cromozomale – rearanjarea materialului intern al unui
cromozom (aberații intracromozomiale), mai ales prin inversie, reduce sau
chiar suprimă recombinarea în regiunile care sunt heterozigote, ca urmare a
schimărilor structurale. Reducerea frecvenței crossing-overului într-un
cromozom din cauza schimbărilor intracromozomiale poate provoca creșterea
frecvenței recombinărilor în cromozomii neafectați de aberații.
– Iradierea sau expunerea organismelor la acțiunea altor factori
mutageni influențează de asemenea, fenomenul crossing-over.

79 3.3. Hărțile cromozomiale
Determinarea poziției genelor în cromozom. Cu ajutorul crossing-
overului poate fi determinată poziția diferitelor gene în cromozom, distanța
dintre ele, precum și lungimea cromozomului Astfel, dacă procentul de
recombinare este proporțional cu distanța dintre gene în cromozom, înseamnă
că procentul de crossing-over poate fi folosit ca un indicator a distanței. Un
procent de crossing-over este folosit pentru a indica o unitate de distență.
Rezultă că între două regiuni adiacente A – B, B – C, recombinarea întregii
regiuni sau a ambelor regiuni cuprinse între A – C va fi egală cu suma
recombinărilor dinregiunile separate. Dacă procentul de crossing-over î n
două regiuni adiacente este cunoscut, frecvența crossing-overului poate fi
calculată pentru întreg segmentul acoperit de către cele două regiuni, printr-o
simplă adunare. De exemplu, dacă frecvenșa crossoverelor dintre A – b este
10, iar între B – C este 15, înseamnă că frecvența sau distanța în unități
crossing-over între A – C va fi egală cu 25.
Nici o altă succesiune a acestor trei loci nu va fi corectă. Pentru a
obține rezultate valabile privitoare la distanța dintre genele localizate în
același cromozom este necesară atât determinarea frecvenței crossing-
overului între doi loci, cât și între trei loci, în scopul identificării crossing-
overelor duble. Fenomenul crossing-over nu apare însă cu aceeași ușurință în
toate regiunile cromozomului.
Întocmirea hărților cromozomiale . Descoperirea de către Morgan și
colaboratorii săi (1915) a linkahe-ului și crossing-overului au furnizat
elementele necesare pentru alcătuirea hărților cromozomiale.
Harta genetică este o reprezentare liniară în care distanțele dintre locii
genelor sunt date proporțional cu suma recombinărilor găsite între aceste
gene. Hărțile genetice pot fi alcătuite pe baza crossoverelor detectate după
meioză sau mitoză (în special la microorganisme).
Harta citologică reprezintă structurile cromozomilor în amănunțime.
Hărțile complete în care sunt reprezentate structurile cromozomale, locii
genelor și distanțele dintre gene, se numesc hărți citogenetice. Obișnuit,
structura și harta genetică a aceluiași cromozom sunt prezentate separat.
Ordinea liniară a genelor este aceeași pentru hărțile cromozomale și genetice.
Hărți genetice ale cromozomilor au fost alcătuite pentru Drosophila ,
porumb, câteva ciuperci și bacterii, tomate, grâu, orez, mazăre și om.
Hărțile cromozomale au putut fi alcătuite după ce Morgan și Bridges
au stabilit că genele înlănțuite au o anumită comportare și anume, tind să
păstreze în gameți combinația parentală. Frecvența recombinării unei perechi
de gene în condiții standard este constantă și caracteristică pentru perechea de
gene luată în studiu. Constanța recombinării într-o regiune oarecare a

80 cromozomului a primit denumirea de valoare crossing-over sau valoare de
schimb. Valoarea de schimb este folosită în localizarea genelor. Crossing-
overul între genele înlănțuite poate reprezenta chiar 1/10 dintr-un procent
până la 50 de procente, în funcție de cele două gene alese. Pe baza frecvenței
crossing-overului, genele pot fi aranjate în cromozom într-o ordine definită
de-a lungul unei singure serii liniare.
Alcătuirea hărților cromozomale se bazează pe combinarea studiilor
citologice cu cele genetice. Practic, această activitate presupune următoarele
acțiuni:
– delimitarea grupelor linkage. În acest scop, un rol important îl are
utilizarea aneuploidiei (vezi capitolul poliploidiei);
– detectarea genelor localizate în unul sau altul din btațele
cromozomului. În acest scop se studiază schimbările în structura
cromozomilor, în special deficiențele, precum și alte tipuri de modificări
(inversii, duplicații, translocații) (vezi capitolul transformăr ii eredității sub
acțiunea factorilor mutageni );
– stabilirea poziției diferitelor gene într-un anumit cromozom, pe
baza studiului frecvenței crossing-overului.
Linkage-ul limitează variabilitatea, iar crossing-overul are ca efect
creșterea variabilității. Crossing-overul apare, cu mici excepții, la toate
organismele. Normal, combinațiile și recombinațiile între doi loci dintr- o
pereche de cromozomi au aceeași frecvență. Aceasta a permis alcătuirea
hărților cromozomilor pe baza stabilirii grupului linkage și a determinării
poziției relative a genelor în cromozom. Hărțile au o importanță extremă în
cunoașterea organizării materialului genetic și în înțelegerea sistemului
genetic. Pe baza acestor cunoștințe este posibil a se prevede rezultatele
încrucișărilor care afectează gene cu relații cunoscute de linkage.
Recombinările au un rol important în evoluție. O semnificație aparte
o prezintă crossing-overul experimental în ameliorare. Astfel, dacă câteva
gene pentru caracteristici valoroase fac parte din același grup linkage cu
altă(e) gene netorită(e), amelioratorii de plante sau animale trebuie să execute
încrucișări și să aleagă din hibrizii F2 crossoverele cu caracteristicile dorite.
De asemenea, amelioratorul trebuie șă țină seama de efectul tuturor genelor
dintr-un cromozom sau de efectul complex al întregii baze ereditare. Totuși,
crossing-overul permite să se selecționeze o anumită genă, care apoi se poate,
tot prin crossing-over, să se recombine cu alte gene.

81 IV.BAZELE BIOCHIMICE ALE EREDITĂȚII
Generalițăți
Identificarea și descrierea chimică a materialului genetic, una dintre
cele mai atrăgătoare probleme ale biologiei contemporane, a constituit
obiective de bază în cercetările moderne. Aceste cercetări au fost stimulate de
concluziile geneticienilor și citologilor care au legat fenomenele eredității de
funcțiile și structura diverșilor componenți independenți.
Astfel, a luat naștere o nouă disciplină care are ca obiect de studiu
chimia fucțională a celulei – citochimia , înrudită cu citologia și biochimia.
Aceasta a acumulat pe baza numeroaselor întreprinse un bogat material faptic
care contribuie la cunoașterea componenților celulari și a structurii acestora.
Totodată, au fost elucidate o serie de aspecte ale funcțiilor structurilor
intracelulare, în special în privința rolului acestora în metabolismul
compușilor microcelulari și în problema sintezei proteinelor, dar mai ales în
privința sintezei acizilor nucleici.
Compoziția chimică a celulei
Substanța vie, deși se caracterizează printr-o impresionantă
heterogenitate, are la baza structurii sale aceeași componenți: apă,
componenți anorganici, glucide, lipide și proteine.
Celula conține o mare cantitate de apă (85-90 %), care joacă un rol
important în procesele vitale.
Componenții anorganici se găsesc în soluție alături de molecule
organice sau sunt fixați sub formă de complexe organo-minerale. Acești
componenți reprezintă 1-1,5 %.
Glucidele prezintă mare importanță pentru celule, fiind un material
ușor de transformat (de sintetizat și degradat). Rol biologic mai mare îl au:
monozaharidele (riboza, glucoza, galactoza, fructoza, etc.), dizaharidele
(maltoza, lactoza, zaharoza, etc.) și polizaharidele (celuloza, amidonul,
glicogenul, inulina, etc.).
Lipidele reprezintă o grupă mare de substanțe care se caracterizează
printr-o mare solubilitate în diferiți solvenți organici. Din această grupă fac
parte: grăsimile neutre sau lipidele propriu-zise și lipoizii, fosfolipidele sau
fosfatidele, glicolipidele, sterolii și pigmenții carotinoizi.
Locul principal în procesele vitale îl ocupă proteinele. Atât proteinele
ca structură, cât și ca funcție reprezintă substratul de bază al substanței vii.
Proteinel sunt formate din C, O, H, N și unele cantități mici de S sau
P. Greutatea moleculară este cuprinsă între 17 000 și câteva milioane.
Sub acțiunea enzimelo proteolitice, proteinele se desfac în fragmente
mai mici: proteine-polipeptide-dipepide-aminoacizi.

82 Formula generală a unui aminoacid este R – CH – COOH,
׀
NH2
în care R diferă pentru cei 20 de aminoacizi ce intră în mod obișnuit în
alcătuirea macromoleculelor de proteină. În structura proteinelor intră numai
alfa-aminoacizi (când grupările funcționale – COOH și NH 2 sunt legate de
același atom de carbon).
Aminoacizii se formează prin polimerizarea macromoleculelor.
Proteinele simple sunt formate numai din aminoacizi. Proteinele conjugate au,
pe lângă macromolecula proteinică și grupări moleculare care sunt formate din
altfel de molecule decât aminoacizii. Asemenea grupări sunt nucleoproteinele,
cromoproteinele, lipoproteinele, glicoproteinele și fosfoproteinele.
Cea mai importantă grupă de proteine conjugate este reprezentată de
nucleoproteine. Acestea sunt formate din proteine și acizi nucleici. Aceste
substanțe sunt constituienții de bază ai aparatului nuclear al celulelor. Acizii
nucleici izolați de proteina conjugată pot să îndeplinească uneori, rolul
nucleoproteinelor, având o importanță mai mare decât proteina cu care sunt legați.
Acizii nucleici prezintă un interes deosebit. Această importantă
substanță celulară formează cea mai mare parte a nucleului și a cromozomilor.
Acizii nucleici sunt polimeri formați din nucleotizi, care sunt constituiți din
acid fosforic, un monozaharid – pentoză – (dezoxiriboza sau riboza) și baze
azotate. Bata azotată formează cu monozaharidul partea nucleotidului numită
nucleozid (figura 20).

83 Fig. 20. Structura ADN-ului (după Manoliu, M. și colab., 1965)
În compoziția acizilor nucleici intră câte două baze purinice și două
baze pirimidinice. În compoziția ADN-ului intră adenina (A), guanina
(G)(baze purinice), citozina (C) și timina (T)(baze pirimidinice). În structura
ARN-ului, timina este înlocuită de uracil (U).
Constituienții moleculari ai acizilor nucleici au următoarele formule
chimice:

84

85 Acidul fosforic leagă nucleotidele între ele, rămânându-i liberă o
grupare acidă:
Astfel iau naștere macromolecule neramificate, cân d pentoza este
dezoxiribora (deoarece aceasta nu mai are nici o funcție alcoolică liberă) și
ramificate, când la formarea nucleotidului participă riboza (care are o funcție
alcoolică liberă). În caul când la formarea nucleotidului ia parte dezoxiriboza,
rezultă ADN, iar când participă riboza, rezultă ARN.
4.1. Acidul dezoxiribonucleic (ADN-ul)
Reprezintă componentul principal al nucleului celular. Poate avea
greutatea moleculară între 2 000 000 – 14 000 000 și o capacitate mare de
polimerizare.
ADN-ul apare în mod norml ca o moleculă cu filamnt dublu,
asemănătoare unei scări, care a fost răsucită într-o spirală (elicoidală). Părțile
laterale ale scării sunt alcătuite din unități alternative de dezoxiriboză și
grupuri de acid fosforic. Acestea constituie scheletul chimic al moleculei de
ADN. Treptele scării, care sunt atașate la d ouă unități de pentoză, sunt
alcătuite din perechi de baze azotate, fie adenină (A) legată de timină (T), fie
guanină (G) împreună cu citozină (C).
Pe baza a numeroase cercetări, s-a ajuns la următoarele concluzii:
– există o egalitate între suma bazelor purinice și suma bazelor
pirimidinice;
– concentrația de adenină este întotdeauna egală cu aceea de timină,
iar concentrația de guanină este egală cu cea de citozină;
– conținutul de adenină și timină corespunde conținutului de guanină și
citozină;

86 – succesiunea bazelor nu este întâmplătoare. Astfel, succesiunea
bazelor poate fi oricare în una din catene, aceasta va determina și poziți
bazelor în cealaltă catenă. S-a descoperit că bazele pirimidinice pot exista la
rând în 3 sau mai multe nucleotide. De aici concluzia că acest fenomen se
poate întâlni și în succesiunea bazelor purinice.
În această direcție au fost obținute succese determinante prin metoda
analizei roentgenstructurale. Astfel, s-a stabilit că în toate cazurile tablourile
difracției sunt foarte asemănătoare, ceea ce dovedește că structura moleculară
a acizilor dezoxiribonucleici este aceeași. Aceste date au demonstrat că
molecula de ADN conține două catene polinucleotidice care formează o
structură în spirală în jurul unui ax comun și au permis să se determine
aproximativ dimensiunile spiralei.
O contribuție esențială la elucidarea acestei probleme a adus Maurice
H.F. Wilkins și colaboratorii, precum și Chargaff E. și colaboratorii. Pe baza
acestor cercetări, în anul 1953, James D. Watson și Francis H.C. Crick au propus
un model al moleculei de ADN. Aceasta a constituit o realizare remarcabilă a
științei din secolul XX. Pentru contribuția adusă la elucidarea structurii
moleculare a materialului purtător de caractere ereditare în organismele vii,
cercetătorii menționați anterior au primit în anul 1962, Premiul Nobel pentru
medicină și biologie.
Modelul admite existența a două catene în macromoleculă și faptul că
datorită modului specific de unire în perechi a bazelor, orice pereche de baze
este simetrică și de aceeași valoare ca oricare alta în calitate de punte
transversală care unește două catene ale scheletului glucidofosfatic. Bazele
sunt legate între ele prin legături de hidrogen (2 legături în concepția lui
Watson și Crick și chiar 3 legături în concepția altor cercetători).
Cele două catene polinucleotidice sunt complementare, adică se
completează una pe alta și repartiția nucleotidelor într-o catenă determină
repartiția lor în cealaltă catenă. Astfel, dacă într-o catenă, succesiunea bazelor
are aspectul A-G-T-T-A, atunci în catena complementară ele vor fi așezate în
ordinea T-T-A-G-T. Acest apt contribuie la o mai bună înțelegere a sintezei
ADN.
Spirala reprezintă configurația normală a macromeleculei de ADN.
Adenina formează pereche cu timina, guanina este pereche cu citozina. Când
molecula se multiplică, fiecare filament din spirală formează o spirală
suplimentară. Macromolecula conține câte 10 perechi de baze la fiecare rotire a
spiralei (figura 21 ).

87 Fig. 21. Structura moleculei de ADN (google.ro)
Ipoteza lui Watson și Crick a stimulat într-un fel mod deosebit
cercetările din domeniul chimiei acizilor nucleici. Unele dintre aceste
cercetări au condus la sesizarea unor fapte care nu se pot încadra în ipoteza
lui Watson și Crick. Robert L. Sinsheimer (1962) a observat existența unei
macromolecule monocatenare de ADN la specia de bacteriofag Ф174, cu
greutatea moleculară de aproximativ 2 000 000. O asemenea structură a
moleculei de ADN constituie probabil o excepție legată de funcțiile specifice
de parazitare a bacteriofagului.
4.2. Acidul ribonucleic (ARN-ul)
Se deosebește de ADN datorită faptului că în moleculă, în calitate de
pentoză, participă riboza. În acest caz, ribonucleotidele sunt formate din
unirea unei baze (adenină, uracl, guanină, citozină) cu riboza care, la rândul
ei, este legată cu cel puțin un grup de fosfați. Ribonucleotidele pot fi înlănțuite
cu al doilea sau al treilea grup fosfatic.
Lanțul molecular al ARN-ului are rol important în sinteza enzimelor
și a proteinelor din celulele vii și are următoarea structură (figura 22 ).

88

Fig. 22. Reprezentarea shematică a moleculei de ARN și ADN
(după Manoliu, M. si colab., 1965)

89 Structura compușilor chimici ai nucleului
În studiile privind biochimia celulei, un loc important l-a ocupat
cercetările asupra structurii chimice a nucleului. Metodele folosite pentru
realizarea acestui obiectiv au fost diverse. Acestea au contribuit la explicarea
organizării chimice și fiziologice a nucleului. Astfel, nucleul posedă o structură
chimică complexă, în care nucleoproteinele au un rol foarte important. Unele
cercetări susțin că proteinele reprezintă 96 % în spermatozoizi și aproape 100
% în nucleii unor eritrocite (hematii). De asemenea, nucleii pot avea în
compoziția lor, protamine și histone (principalele proteine, în special histonele,
care le conferă proprietăți bazice), precum și unele proteine acide (nehistonice),
în nucleii interfazici, unii fermenți, lipide, combinații anorganice, etc. S- a
constatat că nucleul este bogat și în cenușă, comparativ cu citoplasma, unde se
întâlnesc: Ca, Mg, P, K și Na.
Se consideră că nucleohistonele sunt legate de conservarea și
reproducerea cromozomilor, în timp ce proteinele nehistonice participă la
funcțiile speciale, metabolice ale nucleului. Fermenții nucleari au rol în
metabolismul nucleozidelor.
În nucleu se găsesc și acizi nucleici, în special ADN, dar o mică
cantitate de ARN. Conținutul de ADN este legat de numărul garniturilor
cromozomiale. Aceasta înseamnă că în celulele poliploide, conținutul de
ADN crește. Pollister, A.W. și colab., au arătat că dacă în garnitura
cromozomială haploidă, conținutul mediu în ADN reprezintă 1,68, garnitura
diploidă conține 3,16, garnitura tetraploidă conține 6,30, iar garnitura
octoploidă conține 12,8 (de 7,5 ori mai mult decât în garnitura haploidă). S- a
constatat că odată cu îmbătrânirea organismului, conținutul de ADN în nucleu
poate crește. Acest fenomen se datorează faptului că, în general, celulele în
organisele tinere au nuclei diploizi, în timp ce odată cu înaintarea în vârstă
apar celule cu nuclei tetraploizi sau chiar ortoploizi (ex. celulele hepatice la
șobolani). Acest lucru demonstrează legătura ADN cu cromozomii și deci cu
materialul ereditar.
Studiul schimbărilor în conținutul de ADN în timpul diviziunii celulare
s-a realizat prin analiza citofotometrică a nucleilor separați în diferite faze ale
diviziunii celulare, iar mecanismul dublării ADN prin metoda radioautografiei,
în urma folosirii unor atomi marcați (P32). Astfel s-a stabilit că sinteza ADN
(dublarea) are loc în interfază, în mijlocul perioadei dintre două mitoze, când
are loc asimilarea P32, urmată de dublarea ADN. În decursul mitozei, coninutul
de ADN se schimbă, în urma diviziunii, în anafază. În unele cazuri, când
diviziunea se desfășoară rapid, dublarea ADN poate începe și în telofază și se
continuă în fazele timpurii ale profazei. În interfază, ADN-ul este unit cu
proteinele nehistonice (când activitatea genetică este în stare de inhibiție), în

90 timp ce în metafază și anafază, ADN-ul este unit cu proteine histonice (acestea
participând la reglarea acivității genetice).
Modelul molecului de ADN propus de Watson, J.D și Crick, F.H.C, a
contribuit la elaborarea teoriei privind mecanismul sintezei acidului
dezoxiribonucleic. Potrivit acestei teorii, în procesul dublării sau replicării
moleculei de ADN, fiecare catenă (filament) din cele două ale moleculei
servește drept model pentru sinteza filamentului lipsă. Acest mecanism de
replicare a moleculei de ADN a fost comparat cu imprimarea copiei pozitive
(fotografiei) după clișeul negativ. Fiecare catenă a spiralei duble de ADN
poate fi considerată ca o matrice pe baza căreia în procesul de dedublare se
formează o catenă nouă.
Mecanismul replicării moleculei de ADN s-a studiat cu ajutorul
izotopilor radioactivi. Astfel, Fujisama, Y. Și colaboratorii săi (1954), Kihara,
H.K. și colaboratorii (1956), precum și Daoust, V.R. și colaboratorii, dar ș i
mulți alții, folosind fosforul radioactiv (P32), au ajuns la concluzia că în timpul
diviziunii celulare o jumătate din cantitatea de ADN se sintetizează din nou,
în timp ce cealaltă jumătate se păstrează (figura 23 ).

91 Fig. 23. Schema despiralării ADN (după Manoliu, M. si colab., 1965)
Macromolecula ADN în celula părintească se despiralizează, o catenă
merge în una din celulele fiice, iar alta în cealalată celulă fiică. Fenomenul a
putut fi urmărit pe baza folosirii unui izotop radioactiv (experiențele lui
Taylor, J.H și colaboratorii). Ei au constatat că în celulele fiice din prima
generație, izotopul este prezent, în timp ce în celulele din a doua generație de

92 diviziune (după includerea izotopului), izotopul este prezent doar în două
celule și lipsește în celelalte două. Au dedus concluzia că în celula mamă,
izotopul a fost inclus în ambele cromatide, apoi după prima diviziune, în
celula fiică se va găsi o cromatidă cu izotopi și o a doua fără izotopi, ceea ce
determină că 50 % din celulele rezultate din a doua diviziune posedă izotopi,
iar 50 % nu posedă izotopi (figura 24). Acest rezultat a putut fi ilustrat prin
studiul unor celule vegetale de la Vicia faba crescute pe un mediu care a avut
timină radioactivă și care au fost tratate cu colchicină pentru favorizarea
diviziunii nucleilor și a inhiba diviziunea celulară.

Fig. 24. Replicarea moleculei de ADN (A). Replicarea unei molecule de ADN marcată cu
timină radioactivă, în două generații succesive (B)
(după Manoliu, M. și colab., 1965)

Pe lângă ADN, în nucleu se găsește și o oarecare cantitate de ARN.
Se consideră că ARN-ul nuclear este legat de structura chimică a nucleolului
(care participă la sinteza ARN și a proteinei). ARN-ul este, în general, format
din ribonucleoproteide și poate fi întâlnit și în cromozomi. Allfrey, V.G. și
colaboratorii (1955) au arătat că ARN reprezintă în nucleii celulelor hapatice
o proporție de 10 % din conținutul de ADN. Alți autori (Stern, H și
colaboratorii, 1952) au comunicat o cantitate mai mare de ARN care poate fi
uneori egalăcu conținutul de ADN (ex. în nuclii embrionului de grâu).
Caracteristic pentru ARN-ul din nucleu este faptul că sub aspect
cantitativ se schimbă de la o celulă la alta a aceluiași organism, precum și în
una și aceeași celulă de la un moment la altul în legătură cu sinteza proteinelor.
A fost identificată și o oarecare cantitate de ARN și în citoplasmă, care
se consideră că ar avea tot origine nucleară. În general, se apreciază pe baza a
diferite experiențe că procesele vitale ale celulei depind de nuclei, dar nu în mod

93 absolut. Legătura dintre nuclei și citoplasmă este intensă în interfază, când are
loc trecerea unor molecule nucleare prin membrana nucleară în citoplasmă.
Totodată, pe baza constatării reducerii conținutului de ARN în citoplasma
celulelor enucleate s-a tras concluzia că sinteza ribonucleoproteinelor în
citoplasmă se desfășoară sub controlul nucleului, prin trecerea ARN-ului din
nucleu în citoplasmă. Așa a luat naștere ipoteza transmiterii informației ereditare.
Toate aceste lucruri menționate anterior, permit să se concluzioneze
faptul că între nucleu și citoplasmă se petrece un schimb permanent și
reciproc de substanțe, care asigură menținerea echilibrului funcțiilor celulare
și sinteza normală a protoplasmei.
4.3. Rolul acizilor nucleici în ereditate
Cerceările au permis descoperirea faptului că ADN-ul este un
component important al cromozomilor. Această descoperire a făcut ca ADN
să rețină atenția ca un posibil material genetic. Ipoteza potrivit căreia ADN-
ul joacă un rol important în ereditate a fost confirmată de o serie de cercetări
efectuate la bacterii și virusuri.
Importantele descoperiri privitoare la rolul genetic al ADN au început
în anul 1928, când biologul englez Griffith, P., a reușit să transforme o formă
de pneumococ avirulent de tip R în pneumococi virulenți de tip S.
Penumococii nevirulenți formează pe mediu de agar colonii ˝ aspre˝
acapsulate, în timp ce pneumocoii virulenți formează colonii ˝ netede˝
capsulate. În experiența sa, Griffith a inoculat în sângele șoarecilor forme vii
necapsulate, aspre (de tipul avirulent R) și forme netede capsulate (de tipul
virulent S) omorâte prin căldură. Ca urmare, forma vie de Pneumococsus
cultivată în prezența substanței donată de forma omorâtă a primit
caracteristicile ereditare ale donatorului. Astfel, bacteriile erau capsulate și
virulente, aveau rezistența la droguri, posibilitatea de a sintetiza anumite
enzime, etc. Transformările au fost ereditare, astfel ele au fost trecute de la o
generație la alta de bacterii.
Mulți ani nu s-a putut da acestor experiențe o explicație satisfăcătoare.
O primă descoperire de mare însemnătate a fost obținută în anul 1944 de
Avery, O.T, MacLeod M.C. și Mc.Carty. Aceștia au stabilit că substartul
responsail de transformarea formei nevirulente în formă virulentă este o
substanță vâscoasă și filamnetoasă, identificabilă chimic ca un acid nucleic și
anume cu acidul dezoxiribonucleic (ADN).
Datele acumulate în timp în sp rijinul acestei afirmații au fost foarte
convingătoare. Astfel, o nouă serie de agenți de transformare, tot varietăți de
ADN, a fost găsită și la specia de bacterii Haemophilus influenzae . Din
experiențele citate, cât și din altele, a rezultat rolul macromoleculei de ADN

94 în transmiterea unor însușiri ereditare, fiind exclusă posibilitatea ca în aceste
procese să aibă vreo influență proteinele rămase în extract.
Pentru a demonstra rolul transformator al ADN au fost întreprinse
numeroase cercetări. Una dintre aceasta este legată de folosirea antibioticelor,
respectiv a streptomicinei ca mediu pentru cultivarea pneumococilor. În acest
caz, în prezența streptomicinei, majoritatea celulelor mor. Uneori, un număr
neînsemnat de celule, ca urmare a unei mutații supraviețuiesc și se înmulțesc
producând o formă rezistentă la streptomicină. Această formă se
caracterizează nu numai printr-un fenotip nou, ci și printr-un alt genotip,
deoarece ele au capacitatea ca prin ADN propriu să transfere altor celule
însușirea de rezistență la strptomicină. Evident că în acest caz, nu este vorba
de un transfer de cromozomi sau părți de cromozomi de la o formă la alta,
deoarece înmulțirea are loc prin diviziune simplă și nu are loc reunirea
formelor prin procesul sexual. Aici este vorma de transferul diferitelor
caractere prin ADN.
Cercetările au fost extinse și asupra virusurilor. Ca urmare și în acest
domeniu au fost identificați acizii nucleici ca material genetic. Astfel, în anul
1952, Hershey, A.D și Marta Chase au descoperit că ADN joacă rol genetic
într-un virus care atacă Escherichia coli , iar Heinz Fraenkel-Conrat a
identificat substanța genetică din virusul mozaicului de tutun ca fiind acid
ribonucleic (ARN).
Există unele dovezi care atestă că și la organismele superioare, ADN-
ul are un rol important din punct de vedere genetic. Aceste dovezi întăresc
concluzia că acidul nucleic reprezintă materialul genetic primar.
Alături de rolul genetic, acizii nucleici au un rol hotărâtor în procesele
de biosinteză ale proteinelor. Multe experiențe au arătat că ADN-ul determină
sintetizarea unor proteine specifice și transmiterea acestui caracter la
descendenți. S-a constatat astfel că introducerea în celula unei tulpini
bacteriene de ADN pur, izolat într-o altă tulpină, conferă urmașilor celulei
receptoare caracterisicile celulei donatoare. Mecanismul acestei transformăr i
constă în aceea că în celula care primește ADN străin, începe sinteza noilor
sisteme fermentative care lipsesc din celula receptoare, dar există în celulele
care au eliberat acest ADN. Astfel, introducerea noilor molecule specifice de
ADN în celule duce la posibilitatea sintetizării de noi poteine.
Un mecanism asemănător are loc în cazul infectării unei celule
bacteriene cu un virus bacterian (bacteriofag). Un exemplu bine studiat de
numeroși biologi, începând cu Max Delbrück este bacteriofagul T4 care
infectează bacilul colonului. Virusul T4, ca și alte virusuri, constă într-un cap
care are un aspect hexagonal și o coadă complexă prin care virusul se atașează
de membrana bacilului. În capul virusului se află o singură macromoleculă de
ADN. Aceasta intră în celula bacilului și dictează o nouă reorganizare a

95 mecanismului celulei, spre a realiza circa 100 copii ale virusului complet.
Fiecare copie constă din ADN și cel puțin 6 proteine. Pentru a sintetiza aceste
proteine, ADN-ul invadator determină formarea unei serii de anzime speciale.
Rezultă că în acest caz, întregul proces este controlat de ADN (figura 25 ).
Fig. 25. Multiplicarea fagului T4 în celula bacteriană ( Escherichia coli ), prin introducerea
de ADN care poartă informația ereditară a fagului: 1, 7 – liza provocată de bacteriofag; 2 –
corpul bacteriei pe care se găsește fixat bacteriofagul; 3 – infecția fagică; 4,5 – multiplicarea
ADN-ului specific bacteriofagului; 6 – liza celulei bacteriene și eliberarea noilor
bacteriofagi (după Manoliu, M. și colab., 1965)
O moleculă de ADN a determinat în acest caz sinteza unui număr mare
de diferite proteine care se deosebesc din punct de vedere funcțional și chimic.
Mai mult, s-a stabbilit chiar că diferitele porțiuni ale moleculei de ADN sunt
răspunzătoare de specificitatea sintezei diferitelor proteine.

96 Segmentul de molecula de ADN răspunzător de sinteza unei proteine
din celulă este desemnat ca termenul de cistron sau cistron structural
(deoarece determină structura specifică a proteinei). Un grup de cistroni
structurali situați de-a lungul moleculei de ADN a primit denumirea de
operon (Jacob, F. și Monod, J., 1961) care determină sinteza proteinelor.
După aceeași cercetători, de-a lungul lanțului de ADN, în afară de cistronii
structurali care determină structura proteinelor sintetizate, există și segmente
a căror schimbare sau dereglare nu este legată de schimbarea sau dereglarea
structurii vreunei proteine. Dar, în schimb, tulbură reglarea sintezei uneia din
proteine sau mai des a unei serii de proteine. Aceste segmente au fost
denumite cistroni reglatori .
Funcția cistronului reglator normal constă în blocare acțiunii
corespunzătoare a cistronului structural atunci când nu este nevoie de ea (nu
se mai produce ARN-m), în timp ce dereglarea cistronului reglator duce la
activarea aproape în toate cazurile a cistronului structural (adică la elaborarea
de ARN-m, care duce la sinteza permanentă, nereglată a proteinei).
Cistronul reglator blochează activitatea cistronului structural cu
ajutorul unei substanțe intermediare denumită represor. Jacob, F și Monod,
J., 1961 au arătat că acești represori, reprezintă ARN-ul și se formează pe
cistronii reglatori.
Locul de acțiune a ARN represori sau segmentul din lanțul ADN
receptiv la represorul care se găsește în contact direct cu cistroniii structuraliu
(cu operonii) este denumit cistron operator . Dacă ARN represor începe să
activeze asupra cistronului operator, atunci operonul sau cistronul structural
unic corelat încetează să mai producă ARN- m.
Cistronii sunt răspândiți de-a lungul moleculei de ADN. Fiecare
cistron ocupă un anumit loc în moleculă și ordinea păstrată de diverși cistroni
de-a lungul moleculei este strictă pentru fiecare tip de celulă. Astfel, la
Escherichia coli s-a studiat rolul diferitelor porțiuni ale cromozomului în
sintetizarea diferitelor proteine.
Rezultă că ordinea specfică a perechilor de nucleotizi complementari din
fiecare cistron determină structura corespunzătoare a proteinei sintetizate în
celulă. Aceasta înseamnă că schimbările locale de orice fel în interiorul
cistronului duc la schimbarea specificității chimice și biologice a proteinei
respective. Astfel, pot fi sintetizate proteine analoge, care se deosebesc de
proteina inițială prin structură sau însușirile aminoacizilor, în diferitele segmente
ale lanțului polipeptidic. Exemplele prezentate, precum și numeroasele date
experimentale au scos în evidență rolul ADN-ului în determinarea structurii
specifice a proteinelor sintetizate în celulă. Se constată chiar o corelație între
succesiunea aminoacizilor din diversele proteine sintetizate și succesiunea
nucletizilor din molecula de ADN.

97 4.4. Codul genetic și teoria informației ereditare
Modelul structurii ADN-ului propus de Watson și Crick constă dintr- o
moleculă uriașă bicatenară elicoidală. Fiecare catenă a spiralei duble de ADN se
poate considera ca o matrice pe baza căreia, în procesul de replicare, se formează
ocatenă nouă. Aceste replici exacte ale unei molecule de ADN se pot reproduce
indefinit, exact aceeași pentru o specie dată și totdeauna diferite de moleculele
speciei vecine. Această constanță în ˝replicare˝ a ADN-ului explică rolul de
˝informator genetic˝ care i se atribuie, iar succesiunea bazelor din moleculă explică
posibilitatea moleculei de ADN de a cuprinde codul pentru sinteza proteinei.
Codul este moștenit de fiecare organism de la formele parentale.
Diferențierile de cod se datoreză structurii ADN, care a primit un anumit
conținut sub influența evoluției. Pe baza selecției s-a asigurat păstrarea
schimbărilor ocazionale avantajoase în conținutul informativ al ADN. Astfel,
treptat, organismele s-au îmbogățit cu informații care nu numai că au asigurat
supraviețuirea, dar au determinat evoluția.
Ipoteza codului genetic se bazează pe cercetările lui Sanger, T., care
studiind structura proteinelor, a constatat că aceasta constă dintr-un lanț lung
de aminoacizi și pe descoperirea lui Watson, J.D. și Crick, F.H.C, cu privire
la structura ADN și la repartiția bazelor azotate. Descoperirea succesiunii de
aminoacizi, pe de o parte și succesiunea bazelor azotate, pe de altă parte, au
sugerat ideea că datele de natură genetică sunt consemnate într-un cod.
Proteinele sunt formate din 20 de aminoacizi diferiți, strânși în lanțur i
lungi polipetidice. Proteinele conțin adesea mai multe sute de aminoacizi
înlănțuiți împreună. În fiecare proteină, lanțurile sunt aranjate într-o ordine
specifică, determinate genetic.
O proteină tipică este un lanț molecular conținând aproximativ 200
subunități de aminoacizi, legate între ele într-o ordine specifică. Fiecare
proteină, de obicei, cuprinde toți sau cei mai mulți din cei 20 de aminoacizi.
Codul pentru fiecare proteină este purtat de către o singură genă care, la
rândul ei, este o regiune anumită pe molecula liniară de ADN. Pentru a descrie o
proteină ce conține 200 subunități de aminoacizi, o genă trebuie să cuprindă cel
puțin 200 simboluri de cod reprezentate printr-o secvență de aproximativ 600 baze.
Nirenberg, M.W., 1963 a precizat că nimeni nu cunoaște secvența
completă a bazelor pentru o singură genă. Se apreciază că virusurile pot conține
de la câteva până la mai multe sute de gene, iar bacteriile până la 1 000 de gene.
Așa cum s-a mai menționat, materialul genetic este format din lanțuri
lungi de molecule diferite, acizi nucleici – ADN și unele virusuri mici – ARN.
Ca urmare, codul genetic este bazat pe 4 elemente: cele 4 baze azotate: adenina
(A), guanina (G), citozina (C) și timina (T). În acest cod format din 4 litere ar fi
determinată structura proteinelor, cum pe un carton perforat poate fi consemnat
˝programul˝ unei mașini-unelte în vederea fabricării uneia sau altei piese.

98 Din cele menționate mai sus rezultă că în timp ce alfabetul acidului
nucleic cuprinde numai 4 simboluri (4 nucleotizi diferiți), alfabetul proteinic
cuprinde 20 (tipurile de aminoacizi). De aici necesitatea stabilirii modului în
care succesiunea celor 4 baze din acidul nucleic determină succesiunea celor
20 de aminoacizi din proteine, precum și felul în care este descifrat mesajul.
Răspunsul la aceste probleme este complex și privește și sinteza proteinelor.
O serie de cercetări au scos în evidență că, de fapt, ADN-ul nu
participă direct la sinteza proteinei, ci prin intermediul ARN. Este cunoscut
că sinteza proteinelor are loc în citoplasma celulară, mai precis în riboromi.
Aceștia sunt organite mici, diseminate în citoplasmă, compuse din proteine și
o substanță chimică rudă cu ADN-ul, acidul ribonucleic (ARN-ul). Se sție că
molecula de ARN este formată dintr-o singură catenă care conține în loc de
dezoxiriboză, riboză.
Bazele înlănțuite cu riboză pot să fie oricare din cele 4, din care 3 sunt
identice cu cele din ADN, iar a 4-a, timina, este înlocuită cu uracil (U) o altă
bază, cu o structură apropiată de a timinei.
Cercetările au fost îndreptate spre elucidarea mecanismului sintezei
proteinelor, asupra modului cum se efectuează legătura dintre ADN-ul
cromozomal și ARN-ul aflat în ribozomi, precum și cu privire la producerea
unei anumite proteine la nivelul ribozomilor.
Aceste probleme au impus cercetarea în amănunt a acidului
ribonucleic. Surprize au fost la descoperirea că în celulă există mai multe
feluri de ARN. Astfel, în ribozomi, a fost determinat un ARN cu o moleculă
intens polimerizată, denumită ARN ribozomal (ARN-r), cu greutate
moleculară de aproximativ 1,2-1,4 milioane. ARN-r și proteina ribozomală
formează în esență particula de ribozomi în care se produce asamblarea
aminoacizilor în lanțurile polipeptidice.
A fost studiată și succesiunea p roceselor prin care aminoacizii
răspândiți în citoplasmă sunt transformați în proteine. Astfel, aminoacidul
este mai întâi activat prin cuplarea cu o mleculă caracterizată prin trei grupe
de fosfați, adenozintrifosfatul (ATP). Cuplarea este catalizată de o enzimă
specifică prin eliberarea a două grupe de fosfați.
În anul 1957, Hoagland, M.B. și alți geneticieni au arătat cum are loc
transferul aminoacizilor din citoplasmă la ribozomi. Ei au atribuit acest rol unul
alt tip de ARN decât cel al ribozomilor, pe care l-au denumit ARN de transfer
sau transport (ARN-t). Acest ARN are o greutate moleculară de 25 000-30 000.
Dat fiind faptul că în celulă există aproape toți cei 20 de aminoacizi, rezultă că
există cel puțin 20 de tipuri diferite prin specificul biologic de ARN-t. ARN- t
se unește într-un mod specific cu aminoacizii din celulă și-i duce la ribozomi
unde sunt uniți într-o ordine specifică pentru formarea unei anumite proteine

99 specifice. Apoi, ARN-t este eliberat pentru a se uni și aduce alte molecule de
aminoacizi (figura 26).
Ulterior, a apărut întrebarea: cum este determinată acțiunea
ribozomului? Explicația, cum era și firesc, a fost legată de ADN, considerat
conform acestei ipoteze drept responsabil de modificările ființelor vii. Dar,
ADN se găsește numai în nucleu, deci cum poate influența activitatea ARN
din ribozomi; există vreo legătură între cei doi acizi nucleici?
Fig. 26. Transmiterea informației ereditare prin intermediul ARN-t
(după Manoliu, M. și colab., 1965)

100 Agentul de legătură a fost descoperit de geneticienii Monod, J. și
Jacob, F. de la Institutul ˝Pasteur˝ din Paris (1961). Acest agent de legătură a
fost numit ARN mesager sau informațional (ARN-m; ARN-i). ARN-m are
rolul de a transmite informațiile cuprinse în codul ADN, ribozomilor, care
sunt fabricile de proteine ale celulei.
Această descoperire a fost efectuată pe baza cercetării bacteriofagilor
(virusul care parazitează bacteriile), în special pe fagii T2 și T4 care
parazitează bacilii colonului. După cum s-a observat, ADN din virus care
pătrunde în celula bacteriană injectat ca de o seringă, reorganizează
mecanismul acesteia de sintetizare a proteinei. Astfel, nu se mai produc
proteine necesare bacteriei ci altele pe care le cere, le impune, virusul care se
înmulțește rapid. S-a constatat atât de Monod, J. și Jacob, F., cât și de alți
cercetători că molecula de ADN a fagilor T2 sau T4, imediat ce a infectat
bacteria, sintetizează un ARN special, ARN-m, care își însușește serviciile
ribozomilor proprii celulei bacteriene.
ARN-m este deci propriu fagului și dirijează pe baza informației
genetice primite de la ADN, sinteza celulară; el este foarte repede elaborat și
tot atât de repede distrus. Acest ARN-m are o structură de bază asemănătoare
cu a ADN propriu.
ARN-m a fost descoperit și în celule bacteriene neparazitate, ceea ce
a permis generalizarea rolului ARN- m.
Rolul genetic al ARN, cât și al ARN-m în transmiterea informației a
căpătat o confirmare strălucită în urma studiilor efectuate privind sinteza unor
proteine din extracte acelulare. Astfel, Lipman, F. a obținut proteine normal
constituite prin amestecarea ARN-ului unui organism cu citoplasma
conținând ribozomii unui alt organism (diferit). Hurwitz, J. și Furth, J.J.,
(1962), pe baza unui preparat brut de ARN din bacilii colonului ( Escherichia
coli) considerat matrice, au obținut un ARN sintetic care, în prezența unei
enzime – ARN polimeraza, a inclus în moleculă cele 4 ribonucleotide dintr-
un extract acelular. Autorii consideră că în realitate sinteza ARN a fost
stimulată de ADN cu care a fost contaminat ARN brut.
S-a presupus că ARN pentru a duce instrucțiunile codificate inițial în
ADN, trebuie să folosească într-un fel ADN ca model, ca matrice. Această
concluzie se sprijină pe faptul că cele 4 baze apar în ARN sintetic în aceleași
proporții ca în ADN folosit ca matrice, cu uracil în loc de timină. Acest fapt
este confirmat și de următoarea experiență. Au fost folosiți ca matrice 2
polimeri sintetici de ADN, unul care conținea timină (poly T) și altul care
conținea atât adenină, cât și timină (copolimer AT). În cazul când a fost folosit
poly T ca matrice al ADN, ARN-ul care a rezultat a conținut numai partenerul
timinei-adenina, iar în cazul folosirii copolimerului AT ca matrice, ARN-ul
sintetizat a constat dintr-un copolimer de uracil și adenină în succesiune

101 perfect alternativă. Această încorporare specifică a bazelor a avut loc chiar
dacă în timpul reacției au fost prezente toate cele 4 baze.
În mod normal, informația ADN este transmisă de ARN-m în timpul
sintezei acestuia. În acest caz, se presupune că spirala dublă a ADN se desfac e
parțial în cursul reacției, așa încât ribonucleotidele (sub formă de trifosfat și
cu ajutorul enzimei ARN polimeraza) pot forma perechi față de nucleotidele
dintr-un filament al ADN. Se formează astfel un polimer ARN. Apoi ARN se
desprinde de catena mamă a ADN, care revine la forma sa anterioară cu
catenă dublă.
Acest ARN-m se presupune că ar reproduce în negativ mesajul
codificat. El transpune ribozomului mesajul, asigurând sinteza unei proteine
specifice, după care este distrus.
Un pas însemnat în descifrarea mesajului codificat, adică o succesiune
de coduri de bază corespunzătoare fiecărui aminoacid, la constituit studiile
cercetătorilor Nirenberg, M.W., Matthaei, J. și Ochoa, S. și alții. Acești
cercetători au folosit în scopul obținerii de ARN sinbtetic o enzimă –
polinucleotida fosforilată. Această enzimă dirijează unirea diferitelor părți ale
ARN între ele (riboza, acid fosforic și o bază azotată). Ca bază pentru această
sinteză experimentală a fost ales uracilul. Prin punerea în anumite condiții a
nucleotidelor și enzimei s-a obținut ARN sintetic denumit ARN poly U
(polyuracil). Potrivit codului conținut de acest ARN, a fost sintetizată o
proteină formată dintr-un lanț polipeptidic format dintr-un singur aminoacid
– fenilalanina.
S-a tras concluzia că a fost descoperită legătura pentru primul
aminoacid. Nu a putut fi stabilit însă dacă, codul este format dintr-un U, 2U,
3U sau mai multe grupe de U, care provoacă sinteza proteinei formate din
aminoacidul fenilalanină.
Pentru lămurirea codului, experiența a fost reluată. De această dată,
alături de poly U a fost pusă și o foarte mică cantitate din altă bază, adenină
(A). Prin acest procedeu s-a putut sintetiza o proteină aproape exclusiv
formată din aminoacidul fenilalanină, dar conținând uneori și urmele unui alt
aminoacid, izoleucina. În acest caz s-a constatat că proporția de uracil în
raport cu adenina este de 2:1. Deci, codul pentru izoleucină este 2U pentru
1A. Nu se putea ști însă dacă codul era UUA, UAU sau AUU.
Mai departe, dacă la ARN poly U, se adaugă mai multă adenină, în
proteina sintetizată apărea un al treilea aminoacid – asparagina; se găsea, deci
fenilalanină, izoleucină și asparagină. În acest caz, codul pentru asparagină
era 2A pentru 1U, iar pentru izoleucină, 1A pentru 2U. Prolina s-a găsit că
are un cod format dintr-o secvență de C-uri din acidul polycitidilic. Așadar,
codul genetic corespunde unui triplet de baze: cele 4 baze ale acizilor nucleici

102 naturali, luate din 3 în 3, trebuie să determine fiecare aminoacid din proteină
(figura 27 ).

Fig. 27. Codul genetic: simplu, dublu, triplu (după Manoliu, M. și colab., 1965)

A fost stabilită secvența de aminoacizi pentru un număr oarecare de
proteine, dar nu a putut fi determinată secvența bazelor unei gene. S-a reușit
însă să fie sintetizați și experimentați polimeri ce conțin toate combinațiile
posibile ale celor 4 baze ale ARN: AGCU. Aceste cercetări au confirmat
ipoteza lui Crick, F.H.C. asupra codului genetic. Acesta consideră că un grup
de baze reprezintă codul unui anumit aminoacid. Acest grup cu greu ar putea
fi o pereche fiindcă aceasta ar însemna 16 posibilități (4×4) și este nevoie de
cel puțin 20 (numărul aminoacizilor). Mai probabil este că cel mai scurt grup
al codului este un triplet (4x4x4), care ar da 64 de posibilități. Un mic grup
de baze, care corespunde unui aminoacid, a fost denumit codon.
Despre cod, Crick a arătat că este unul liniar cu 3 litere care nu se pot
suprapune în două grupe diferite. Dar nu există nimic care să împartă
molecula de ADN în grupe de 3 baze sau în grupe de oricare mărime deoarece
macromolecula de ADN este normală. Ca urmare, el consideră că mesajul
începe de la un punct de plecare fix, probabil unul din capetele genei și se
citește simplu, 3 baze deodată. Dacă citirea (descifrarea) ar porni de la un

103 punct greșit, mesajul ar nimeri în seria greșită de 3 și ar fi incorect. Pentru
codul de tripleți există o singură descifrare (citire corectă) și două posibilități
de citire incorectă.
Unii geneticieni consideră că dacă s-ar alege o serie greșită de tripleți,
mesajul ar fi totdeauna un total non-sens și nu s-ar produce nicio proteină.
Acest fapt explică de ce adăugarea sau suprimarea unei baze poate duce la
scoaterea genei din funcțiune, fiindcă citirea mesajului gnetic de la acest
punct înainte ar fi complet greșită, un non-sens.
O asemenea situație se poate întâmpla în cazul mutațiilor, când au loc
schimbări în succesiunea nucleotidică. Astfel, pe baza recobinării virusului
T4, care dă naștere la mutații în diferite poziții, Crick, F.H.C. a observat o
serie de defecte datorită schimbării unei baze într-un anumit punct (s- a luat în
studiu extremitatea stângă a genei B din regiunea r II). Majoritatea acestor
defecte sunt rezultatul adăugirii sau lipsei unei baze sau a unui mic grup de
baze în molecula de ADN și nu rezultatul schimbăii uneia dintre baze.
Mutațiile simple erau totdeauna fără funcție, în timp ce alăturarea anumitor
perechi de mutații activau gena.
Aceasta a dat posibilitatea clasificării tuturor mutațiilor ca fiind cu
plus sau cu minus. Mutațiile cu adăugarea unei baze au fost notate cu +, iar
cele cu o bază sprimată cu – . Folosirea acestor notări i-a permis lui Crick să
prevadă comportarea oricărei perechi de mutații așezate împreună în aceeași
genă. Astfel, + cu + dă o combinație nefuncțională, – cu – de asemenea este
nefuncțională; dacă + este combinat cu – , combinația este nefuncțională când
perechea este prea departe una de alta și este funcțională dacă perechea este
una lângă alta. În acest caz, pornind de la un capăt, mesajul va fi descifrat
corect, până la baza în plus; din acest loc, descifrarea va ieși din fază, cu alte
cuvinte succesiunea bazelor azotate care determină o anumită ordine în
succesiunea tripleților este tulburată, mesajul va fi greșit până la punctul în
care lipsește baza după care mesajul va intra din nou în fază adică vor apărea
din nou tripleții normali. Deci, mesajul genetic va fi greșit pe distanța + și – .
Dacă semnul plus este la stânga minusului, se poate întâmpla ca gena să fie
activă și invers, dacă semnul minus este la stânga plusului, adică chiar dacă
ocupă aceleași poziții, gena să fie inactivă. Aceasta se poate datora faptului
că, în primul caz, s-a produs un triplet normal, iar în al doilea caz, un triplet
non-sens.
Adăugarea sau lipsa unei baze într-un asemenea loc oarecare al
moleculei de ADN, poate avea urmări dintre cele mai curioase. De pildă,
virudul poate pierde capacitatea de a infecta bacteria Cauza acestui fenomen
constă în faptul că prin mutație, simbolurile codului au fost decalate. Ca
urmare a decalării bazelor fiecărui triplet, virusul nu mai poate sintetiza
proteina de care are nevoie. Astfel, dacă la molecula de ADN cu tripletul C,

104 A, T se adaugă sau se elimină o bază (de pildă A) rezultă dereglarea mesajului
genetic (figura 28 ).

Fig. 28. Codul genetic. Adăugarea uneia sau a două baze determină dereglarea mesajului
genetic. La adăugarea celei de-a treia baze, mesajul reintră în faza normală (sus). În cazul
când la molecula de ADN cu tripletul CAT se elimină o bază, mesajul se schimbă. El se
poate reface la mutația plus-minus (jos) (după Manoliu, M. și colab., 1965)

105 Tripleții non -sens. O altă problemă căreia s-a încercat a i se da o
explicație a fost aceea a faptului că există 64 de tripleți posibili, dar numai 20
de aminoacizi. Crick a presupus că 2 sau mai mulți tripleți corespund fiecărui
aminoacid. Totodată, este posibil ca unul sau 2 tripleți să nu reprezinte niciun
aminoacid și să aibă anumite semnificații necunoscute sau alte roluri, cum ar
fi: indicarea începutului sau sfârșitului unei porțiuni a mesajului genetic sau
rolul de a comanda sinteza proteinelor, de pildă de a exprima câți aminoacizi
trbuie să se lege unii de alții, în ce cantitate trebuie să fie sintetizată proteina,
etc. Asemenea tripleți care pot avea o anumită însemnătate, oarecum
necunoscută, au fost numiți tripleți non-sens, deoarece nu codifică niciun
aminoacid. Aceștia pot lua naștere și în cazul mutațiilor, caz în care, gena ar
putea să nu funcționeze.
S-a stabilit că efectele unui triplet non-sens pot fi înlăturate prin
schimbarea descifrării lui. Aceasta sugerează că mesajul este descifrat
pornind fix de la un punct, probabil unul din capetele genei.
Cercetări interesante cu privire la structura, funcția și spațiul dintre
genele A și B din regiunea r II a bacteriofagului T4, au efectuat Benzer și Crick.
Dintre particularitățile codului genetic se pot enumera:
– codul este un ˝triplet˝, adică fiecare aminoacid este determinat prin
secvența specifică a trei nucleotizi;
– codul este ˝nesuprapus˝, adică fiecare nucleotid care intră în
alătuirea unui triplet nu intră concomitent în alt triplet;
– secvența bazelor ˝are sens˝ numai în cazul când citirea se face de
la un anumit punct fix; ˝virgule˝ care să separe tripletele nu există; dacă citirea
este deplasată de la punctul inițial se tulbură sensul celorlalte triplete;
– un aminoacid poate fi codificat de câteva triplete diferite, în acest
caz vorbindu-se de un cod ˝degenerativ˝.
Concluzii
Concluziile preliminare ale diferiților cercetători având ca obiect
studiul codului genetic, i-au sugerat lui Nirenberg, M.W., ideea după care
codul este în mod esențial ˝universal˝ și chiar speciile de la extremitățile scării
evoluției folosesc în mare măsură același cod. Se consideră că polimerii
sintetici de ARN codifică în același mod în sistemele necelulare provenind de
la mamifere ca și în sistemul bacterian.
Principiile codului genetic sunt legate de problema genei, care este
considerată ca o unitate biologică din sistemul informației genetice, legată de
succesiunea specifică a nucleotizilor din ADN și ARN.
Substanța care transmite informația genetică din structurile
moleculare ale genei la locul de sinteză a proteinelor citoplasmatice sunt
moleculele de ARN-m. Analiza funcțională a genei arată, în acest caz, că baza

106 genei este cistronul care, după cum s-a arătat, conține câteva sute sau mii de
nucleotizi necesari sintezei proteinelor programate în el.
Funcția genelor de determinanți genetici a însușirilor și a carcterelor
unui inivid orecare nu poate fi îndeplinită decât tunci când ele sunt integrate
într-un grup ligatural, cu sisteme proprii de reglare și funcționare. Sistemele
de reglare a sintezei substanței proteice nu pot fi concepute decât într-o
strânsă și continuă interacțiune cu celelalte sisteme metabolice ale celulei sau
organismului, pe de o parte și cu factorii de mediu, pe de altă parte.

4.5. Concepții despre genă
Gena reprezintă un segment dintr-o macromoleculă de acid nucleic.
În segmentul de acid nucleic care alcătuiește o genă se află o cantitate
oarecare de informație genetică, înregistartă biochimic, care funcționează
unitar în realizarea unei anumite caracteristici ereditare.
Conținutul noțiunii de genă a evoluat odată cu îmbogățirea
cunoștințelor despre ereditate. Astfel, în concepția clasică formulată de
Morgan, Th.H. și colaboratorii săi, după anul 1910, gena era reprezentată ca o
structură unitară de: funcție (ea determină caracteristicile ereditare), mutație
(structura chimică a genei se schimbă prin mutație, care determină formarea
alelelor mutante) și segregare sau recombinare (prin crossing-over).
În anul 1941, concepția despre genă s-a completat cu ipoteza o genă
– o enzimă , formulată de Beadle, G.W. și Tatum, F.L., potrivit căreia fiecare
genă controlează sinteza, funcția și specificitatea unei enzime. Dacă gena
suferă o mutație, sinteza enzimei respective nu mai are loc sau este sintetizată
o enzimă modificată.
Concepția actuală despre genă a fost formulată după descoperirea în
anul 1944, a faptului că genele sunt molecule complexe constituite din acizi
nucleici. Descoperirile privind materialul genetic au condus la concluzia că
gena corespunde unui segment din macromolecula de ADN sau ARN viral,
format dintr-o secevență liniară de nucleotizi în care este înscris un mesaj
chimic sau informația genetică care începe și se termină cu semne speciale de
˝punctuație˝.
În anul 1957 au fost stabilite noi însușiri ale genei. Astfel, Benzer, S.,
efectuând cercetări pe bacteriofagul T4, a demonstrat că în cromozomul
acestuia, în regiunea rII, ocupată de două gene, există de fapt, mai multe
regiuni mutabile pe care le-a denumit mutoni În același timp, aceste regiuni
mutabile potfuncționa și ca unități de recombinare genetică.
În concluzie, se poate afirma că segmentul de acid nucleic ce
reprezintă o genă este o regiune mică din cromozom care funcționează ca
unitate ce controlează sinteza specifică a unei polipeptide și prezintă
subdiviziuni de mutație și recombinare genetică, prin care se asigură

107 fenomenul de mutație și recombinare intragenică. Transmiterea informației
genetice de la o celulă la alta, prin autoreplicare, reprezintă funcția
autocatalitică a genei. Dirijarea biosintezei și structurii proteinelor, prin
transformarea secvenței de nucleotizi din genă în secvență proteică, pe baza
decodificării codului genetic, reprezintă funcția heterocatalitică a genei.
Dogma centrală a geneticii
Gena sau materialul din care este format un segment de ADN nu
participă și nu servește direct ca matrice pentru poziționarea aminoacizilor în
proteina specifică. Informația genetică din ADN este transferată prin
transcripție unor molecule de ARN, care vor servi la rândul lor ca matrice
intermediare pentru ordonarea secvențelor de aminoacizi. În sistemele
celulare, poziția ARN în raport cu ADN și cu proteinele este considerată ca
dogma centrală a geneticii, fiind exprimată prin formula:
Săgețile indică sensul în care este transferată informația genetică.
Săgeata care încercuiește ADN semnifică faptul că el însuși constituie matrice
pentru propria lui replicare. Săgeata dintre ADN și ARN arată că toate
moleculele de ARN din celulă se formează pe matrice de ADN; excepție face
ARN viral. În mod analog, toate secvențele proteice sunt determinate de
matricea de ARN. Faptul că ultimele două săgeți sunt unidirecționale,
înseamnă că secvențele de nucleotizi din ARN nu pot fi copiate niciodată de
pe matrice pe proteină după cum ARN nu funcționează niciodată ca matrice
pentru ADN (Watson, J.D., 1974).
Potrivit dogmei centrale a geneticii, sinteza proteinelor are loc în
citoplasmă. Biosinteza proteică se desfășoară nu în nucleu unde sunt
localizate genele deci și ADN, ci în citoplasmă, în care în mod obișnuit, se
găsesște puțin ADN (în organite sau virusuri). Această situație impune să se
admită că în mod obligatoriu trebuie să existe o matrice intermediară care să
efectueze transferul informației genetice de la ADN la locul de sinteză a
proteinelor în citoplasmă. Neparticiparea directă a ADN la sinteza proteinelor
și existența unui intermediar, reprezentat de ARN celular, se desprinde din
faptul că pentru toate tipurile de ARN sinteza are loc în nucleu și nu în
citoplasmă. Din nucleu, marea majoritate a ARN migrează în citoplasmă,
unde se constituie în matrice pentru sinteza proteică. Deci, ADN este matrice

108 pentru ARN, iar ARN este matrice pentru proteine, între cantitatea de ARN
și cantitatea de proteine sintetizate existând un raport direct proporțional.
Înseamnă că în citoplasma celulelor cu sinteză proteică activă se găseste o
cantitate mare de ARN, în timp ce în celulele cu o sinteză proteică redusă, se
găsește o cantitate mică de ARN.
Absența ADN de la locul sintezei proteice din citoplasmă și necesitatea
unui intermediar pentru sinteza roteică a fost demonstrată prin cercetările de
sinteză proteică in vitro, în sisteme acelulare de Escherichia coli .
Mecanismul sintezei proteice cuprinde două procese esențiale numite
transcripția și translația .
Transcripția genetică – este un proces de sinteză enzimatică în care
informația genetică conținută într-o formă codificată în secvența
polinucleotizilor din molecula de ADN este folosită în ordonarea unei
secvențe complementare de nucleotizi în molecule de ARN. În acest proces
sunt sintetizate secvențe de ARN m, ARN t și ARN r. Secvența nucleotidică a
fiecăruia dintre aceste tipuri de ARN este determinată de diverse segmente
ale ADN care servesc ca matrice de unde și faptul că în urma transcripției
rezultă catene de ARN complementare segmentelor de ADN matrice.
Translația genetică – constituie procesul prin care în citoplasmă,
mesajul genetic din ARNm este transformat într-o secvență de aminoacizi.
Sinteza proteică necesită perzența tuturor celor trei forme de ARN celular și
se desfășoară în absența ADN.
În general, în celulele sau țesuturile unde are loc o biosinteză proteică
intensă se observă și o sinteză deosebit de activă a ARN. Se poate formula
astfel concluzia că între genă și produsul ei polpeptidic există o colinearitate.
Cu alte cuvinte, ordinea nucleotizilor din segmentul de ADN al unei gene este
reflectată în ordinea aminoacvizilor din lanțul polipeptidic deoarece poziția
fiecărui aminoacid este controlată de o regiune specifică a genei. Se desprinde
deci, faptul că ereditatea necesită prezența în cromozom a unei substanț e
înzestrată cu două însușiri: capacitatea de a se reproduce cu exactitate și cea
de a influența prin activitatea sa, proprietățile organismului. Astfel,
proprietățile ființelor vii se întemeiază pe două entități: pe ceea ce geneticienii
numesc genă și pe ceea ce biochimiștii numesc proteină. Prima este unitatea
ereditară care controlează și determină în egală măsură reproducerea unei
funcții și variațiile ei. Cea de-a doua îndeplinește reacțiile și conferă structură
corpurilor vii: una comandă, cealaltă execută (Jacob., J., 1972).

Structura proteinelor
Proteinele pot avea mai multe nivele de organizare a structurii:
primară, secundară, terțiară, cuaternară.

109 Structura primară a unei proteine este reprezentată de o secvență de
aminoacizi sau de o catenă polipeptidică ce este sintetizată de un cistron sau
genă. În cazul în care o moleculă proteică conține mai multe lanțuri
polipeptidice, acestea pot fi ținute împreună fie de forțe secundare, fie prin
legături disulfidice (S – S). În structura secundară a proteinelor apar
configurații regulate ale scheletului polipeptidic, determinate de existența uor
punți de hidrogen între grupări aflate pe lanțuri polipeptidice diferite sau între
grupări aflate pe același lanț. Legăturile de hidrogen dintre grupări aflate pe
același lanț determină răsucirea ˝coloanei vertebrale˝ a polipeptidului și
formarea unei spirale cilindrice.
În structura terțiară, proteina apare într-o formă tridimensională, în
general neregulată, datorită mai ales distorsionării structrii helicoidale a
proteinelor ca și altor cauze. Configurația tridimensională reprezintă
dispunerea cea mai avantajoasă din punct de vedere energetic a lanțului
polupeptidic.
Studiul structurii proteinelor a contribuit la elucidarea unoe aspecte
referitoare la: numărul aminoacizilor care alcătuiesc o moleculă proteică,
ordinea sau secvența aminoacizilor în moleculă, modificările succesiunii
aminoacizilor în structura primară a moleculei proteice, etc. S-a stabilit, de
asemenea, că o serie de aspecte ale structurii lor sunt o consecință a structurii
primare, fapt ce relevă o serie de implicații genetice.

110 V. CROMOZOMII ȘI DETERMINAREA SEXULUI

Hibridările experimentale au condus la descopeirea legilor lui Mendel
și cercetările microscopice menite să dea o explicație citologică segregării au
furnizat explicații pentru o serie de fenomene ereditare. Printre altele, aceste
investigații au permis să se asocieze sexul și determinarea acestuia de
fenomenele ereditare.

5.1. Mecanismele determinării sexului
În sprijinul unei explicații genetice a determinării sexului au stat
câteva observații fenotipice interesante. Astfel a fost observat faptul că la
organismele la care sexele sunt evidente, indivizii de sex diferit apar într-un
raport mai mult sau mai puțin egal. Aceasta a permis să se tragă concluzia că
mediul nu influențează mecanismul determinării sexului. Din contră, sexul
pare a fi determinat genetic. Deci, cerectările statistice au stabilit că raportul
dintre numărul femelelor și numărul de masculi este aproape 1:1. Abaterile
de la acest raport sunt, în general, foarte mici.
Un alt fapt care atestă rolul genotipului în determinarea sexului sunt
gemenii identici sau monozigotici ce apar la om și care prin marea lor
asemănare demonstrează că sexul unui individ este determinat în momentul
fecundării. Asemănarea se datorează faptului că cei doi gemeni provin dintr-
o singură celulă ou fecundată, care la începutul dezvoltării s-a divizat în două
dând naștere la doi indivizi masculi sau femeli identici.
O altă serie de observații care au întregit explicația genetică a
determinării sexului au fost cele acumulate în urma investigațiilor cariologice.
O primă observație a fost aceea că numărul de cromozomi poate fi inegal.
Astfel, cerecetându-se spematogeneza la unele insecte, ( Pyrrhokoris
apterus), s-a descoperit că jumătate dintre spermatozoizi au 11 cromozomi,
iar cealaltă jumătate 12 cromozomi (gemeții femeli). Cromozomii
supranumerari cu fost denumiți cromozomi X. Alte cercetări citologice
efectuate pe lăcuste, au relevat că în celulele somatice ale femelelor se găsește
un număr diferit de cromozomi comparativ cu celulele somatice
corespunzătoare ale indivizilor masculi.
Descoperirea existenței acestor diferențieri calitative între diferiții
cromozomi a determinat asocierea cromozomului suplimentar cu
determinarea sexului. Faptul că se formează două feluri de spermatozoizi în
proporții egale a permis presupunerea că în urma fecundării apar indivizi
calitativ diferiți, într-un raport egal.
Ulterior, printr-o seri e de cercetări pe diferite insecte, s-au adăugat
probe noi, incontestabile, la teoria cromozomică a determinării sexului,
demonstrându-se că organismele unisexuate au un mecanism cromozomic

111 pentru determinarea sexului. Astfel, cercetarea unor specii din genul Protenor,
a evidențiat faptul că celulele somatice ale indivizilor de sex femel posedă 14
cromozomi, iar cele ale indivizilor masculi numai 13. Gameții femeli posedă
câte 7 cromozomi, în timp ce gameții masculi posedă fie 6, fie 7 cromozomi.
Ovulele fecundate cu spermatozoizi cu 6 cromozomi produceau descendenți
de sex mascul, iar cele fecundate cu spermatozoizi cu 7 cromozomi produceau
descendenți de sex femel. Sexul femel la Protenor este indicat XX – sex
homogametic, iar sexul mascul XO – sex heterogametic. Acest mecanism de
determinare a sexului este denumit tipul XO sau Protenor.
În același timp cu descoperirea mecanismului XO, alte cercetări au
indicat faptul că la specia Lygaeus turcicus , numărul de cromozomi din
celulele somatice ale celor două sexe este egal. Sexul mascul se deosebește
de sexul femel doar prin aceea că perechea de cromozomi sexuali este diferită
ca înfățișare de la un sex la altul. La sexul femel, cei doi cromozomi pereche,
XX, sunt egali ca mărime, în timp ce la sexul mascul, perechea de heterozomi
este constituită dintr-un cromozom identic cu cei doi cromozomi de la sexul
femel, X și unul mult mai mic. Acest cromozom a fost simbolizat Y. Deci,
sexul femel este simbolizat XX, sexul mascul XY, iar mecanismul de
determinare a sexului a fost denumit de tip Lygaeus sau Drosophila .
Tipul XY la sexul mascul de determinare a sexului a fost descoperit și
la Drosophila melanogaster de către Stevens, 1912. Mecanismul de
determinare a sexului după tipul XY a fost observat și la om (Painter, 1923).
Cercetări efectuate pe alte grupe de organisme au relevat faptul că în
anumite cazuri, sexul heterogametic este cel femel, iar indivizii masculi sunt
homogametici. Studiul comportării fluturelui Abraxas grossulariata a dus la
constatarea că sexul femel este heterogametic. Citologic, sexul femel
heterogametic a fost descoperit la lepidoptere și apoi la Abraxas (femela
2n=55 cromozomi, iar mascului 2n=56 cromozomi).
În urma cercetărilor citologice a cromozomilor care conferă baza
pentru determinarea sexului, la insecte și alte grupe de animale au fost
evidențiate următoarele tipuri de mecanisme:
Sexul mascul heterogametic (tipul Drosophila ). Acest tip de
determinare a sexului se împarte în funcție de nujmărul de cromozomilor la
sexul mascul în: modul Protenor (XO): sexul femel este homogametic (XX),
iar cel mascul cu un cromozom sexual mai puțin (XO). Acest tip de mecanism
se întâlnește la Orthoptera și Heteroptera (lăcuste, greieri, gândaci d e
bucătărie, precum și la ploșnițe, păienjeni, miriapozi, nematozi, etc.) și modul
Lygaeus (XY): sexul femel homogametic (XX), iar sexul mascul
heterogametic (XY). Meioza normală în acest caz la femelă produce numai
ovule cu un anumit număr de autozomi, plus un cromozom X, iar la mascul,

112 două tipuri de spermatozoizi: 50 % care posedă cromozomul X și 50 % care
posedă cromozomul Y.
Mecanismul XY de determinare a sexului se întâlnește la Diptera
(Drosophila ) și mamifere, inclusiv la om.
La Drosoph ila melanogaster (2n=8), sexul femel posedă 6 autozomi,
plus o pereche de cromozomi sexuali XX, iar sexul mascul 6 autozomi, plus
o pereche de cromozomi sexuali diferiți XY. Gameții femeli posedă 3
autozomi A+X, iar jumătate dintre spermatozoizi, A+X, respectiv A+Y.
Masculul determină sexul descendenței în urma contribuției cu cromozomi X
pentru jumătate din zigoți și cu cromozomi Y pentru cealaltă jumătate.
Ovule X + spermatozoizi X = zigot XX (femel)
Ovule X + spermatozoizi Y = zigot XY (mascul).
La om (2n=46), sexul femel formează gameți (ovule) cu 22 autozomi,
lus un cromozom sexual X. Spermatozoizii la om posedă tot 22 autozomi,
plus un heterozom, fie X și Y. Încadrându-se în același tip de determinare a
sexului și raportul dintre sexe la om este asemănător. Astfel, ovulele X
fecundate cu spermatozoizi C vor da naștere unui zigot XY, din care se va
dezvolta sexul mascul. În general, raportul dintre sexe este 1:1.
Sexul femel heterogametic (tipul Abraxas). În funcție de numărul de
cromozomi sexuali, la indivizii de sex femel se pot distinge două moduri de
determinare a sexului în cadrul acestui tip:
– modul XO: sexul mascul este homogametic (XX), iar cel femel
heterogametic, având un singur cromozom sxual X sau XO. Acest mecanism
pentru determinarea sexului se întâlnește la pești, reptile, etc.
Ovulă O + spermatozoid X = zigot XO (femel)
Ovulă X + spermatozoid X = zigot XX (mascul).
Dat fiind numărul mare de cromozomi la găini (78, din care numai 11,
respectiv 12 sunt mari, restul fiind microcromozomi), nu este încă clar dacă
sexul femel este XO sau XY (WZ), cocoșul este însă XX (ZZ). Aceeași
situație este și la alte specii de păsări.
– modul XY: sexul mascul este homogametic (XX), iar sexul femel
heterogametic (XY). Sexul femel XY se întâlnește la unele specii de insecte
din ordinele Lepidoptera și trichoptera. Cercetările citogenetice au relevat
faptul că femelele la viermele de mătase sunt heterogametice pentru
cromozomii sexului (XY sau WZ). Tipul Abraxas de determinare a sexului
este cunoscut și sub denumirea de tip WZ.
Explicația genetică . Descoperirea heterocromozomilor și a sexului
heterogametic a permis să se dea o explicație genetică determinării sexului
Prima concluzie care atestă această explicație a fost aceea că factorii ereditari
care determină sexul se transmit de la o generație la alta prin aceleași
mecanisme ca și factorii care determină celelalte caracteristici ereditare. O a

113 doua concluzie trasă pe baza raportului între sexe, care este în general egal
1:1, a fost aceea că diferențierea celor două sexe se face asemănător repartiției
genelor alele în cazul monohibridării.
Unul dintre sexe se comportă în așa fel ca și cum este heterozigot, în
raport cu factorul genetic care determină sexul. Individul heterozigot produce
două tipuri de gameți, iar individul homozigot un singur tip de gameți.
Organismul diploid heterozigot pentru o pereche de alele Aa produce
gameți A și a în proporții egale. În cazul testării heterozigotului Aa cu o formă
homozigotă recesivă aa, în descendență se obțin două tipuri de indivizi și
anume: Aa și aa în raportul 1:1. Prin analogie, dacă sexul este determinat
genetic, iar o pereche de cromozomi din organismele unisexuate diploide de-
a lungul evoluției s-a specializat în direcția determinării sexului, una fiind
heterozigotă, iar alta homozigotă recesivă, în urma încrucișării se va obține
același rezultat. Astfel, dacă unul dintre sexe produce în meioză două tipuri
de gameți (X și Y sau X și O) în proporții egale, iar celălalt părinte un singur
tip de gameți, în descendență raportul dintre sexe va fi și el egal 50 % : 50 %.
Deci, mecanismul determinării sexului se poate explica printr-o schemă
mendeliană, prin admiterea că sexele diferă într-o pereche de alele și că un
sex este heterozigot dominant și celălalt recesiv homozigot. În felul acesta se
obține o descendență care este întotdeauna compusă din două grupe:
homozigoți și heterozigoți.
5.2. Teoria despre echilibrul genelor și determinarea sexului
Stabilirea faptului că sexul unui orgnism este determinat în timpul
fecundării de către mecanismul cromozomic a constituit o descoperire de
mare importanță. Pentru cercetarea mecanismelor determinării sexului, ca
material s-a folosit unele insecte, iar dintre acestea Drosophila a avut un loc
deosebit.
Cercetările inițiale au dus la formularea ideei că în determinarea
sexului la Drosophila , un rol exclusiv îl au cromozomii X și Y. Aprofundarea
cercetărilor au evidențiat însă faptul că sexul se determină nu numai prin
segregarea perechii de cromozomi XY (urmată de unirea gameților opuși), ci
are o bază mai complexă. S-a stabilit că, cromozomul X controlează sexul
femel, în timp ce cromozomul Y nu are efecte asupra sexului. Ca primă
explicație a fost aceea că, cromozomul Y, așa cum a stabilit Morgan, este
lipsit de gene. Cromozomul X posedă numeroase gene.
O contribuție esențială în precizarea rolului cromozomului Y în
determinarea sexului la D. melanogaster a adus-o Bridges (1916-1920).
Acesta a descoperit la circa 2500 de meioze corespunde un caz de non-
disjuncție a perechii de cromozomi sexuali.

114 Non- disjuncția reprezintă lipsa disjuncției sau separării
cromozomilor omologi în meioză. Aceasta determină creșterea numărului de
cromozomi înt-una din celulele fiice și reducerea în alta.
Ca urmare, se pot forma masculi care au pierdut cromozomul Y, deci
cu formula XO și femele cu formula XXY. Masculii XO sunt sterili, dar
normali în aparență și comportare, în timp ce femelele sunt normale și fertile.
Indivizii masculi XO rezultă fie din încrucișarea unei ovule O (fără
cromozom X) + spermatozoid X, fie din unirea unei ovule X + spermatozoid
O (fără cromozom Y). Femelele XXY rezultă fie din încrucișarea XX + Y,
fie X + XY. Faptul că un cromozom X a determinat sexul mascul, iar XX(Y)
sexul femel, a permis să se tragă concluzia că, cromozomul Y nu influențează
formarea sexului. Prezența cromozomului Y este necesară pentru a face
masculii fertili, dar el nu are altă in fluență asupra determinării sexului
propriu-zis, decât aceea de a fi partener cromozomului X în timpul meiozei.
Pierderea de către cromozomul Y a rolului său în determinarea sexului a avut
loc în procesul evoluției, probabil în urma mutației genelor.
Descoperirea non-disjuncției în procesul gametogenezei, cât și
neutralizarea cromozomului Y în privința determinării sexului, a dus la
concluzia că genele care determină masculinitatea sunt localizate în autozomi.
În scopul explicării mecanismului de determinare a sexului la
Drosophila , Bridges a propus teoria echilibrului genetic . Potrivit acestei
teorii, sexul este determinat de către echilibrul factorilor przenți în
cromozomul X și în autozomi. Teoria echilibrului a fost elaborată pe baza
analizei rezultatelor obținute în urma încrucișării unor indivizi caracterizați
prin diferite combinații ale cromozomilor X și autozomilor.
La D. melanogaster , fenomenul de non-disjuncție poate afecta toate
perechile de cromozomi sau numai unele, fie autozomii, fie perechea de
cromozomi sexuali. Așa se pot obține forme triploide (3x=12 sau
AAA+XXX și AAA+XXY sau XYY) sau aneuploide (AA+XXX și
AA+XXY sau AA+XXXY), etc.
Bridges a analizat desendența obținută în urma încrucișării unor
indivizi triploizi (femele) cu indivizi normali de tip sălbatic (masculi).
Descendența a fost foarte variabilă în privința sexului, datorită gameților
diferiți produși de femela triploidă. Gameții posedau fie X, fie XX.
Spermatozoizii au fost X, Y sau A. Din investigațiile efectuate de Bridges
reiese că raportul X/A=1 determină sexul femel (diploid sau poliploid),
raportul X/2A=0,5 determină sexul mascul, iar la o valoare intermediară în
care raportul este 2X/3A=0,67 se formează intersexuați. Un raport peste 1
determină dezvoltarea unor superfemele, iar un raport sub 0,5 supermasculi.
Aceste rezultate demonstrează că, cromozomul X posedă factorii pentru
determinarea sexului femel, în timp ce determinanții masculinității se găsesc

115 în autozomi. Tendința de feminizare dintr-un cromozom X la Drosophila este
mai pregnantă comparativ cu tendința de masculinizare existentă într-un set
de autozomi.
Ca urmare, dezvoltarea sexului femel sau mascul depinde de echilibru l
dintre cromozomii X și autozomi. Faptul că mai multe gene din autozomi
controlează determinarea sexului mascul, poate duce la concluzia că la
Drosophila , sexul este condiționat de gene multiple cu tendință
masculinizantă sau feminizantă.
Cromozomul Y la om
Spre deosebire de D. melanogaster , la om, cromozomul Y este activ
în determinarea sexului mascul. Astfel, indivizii cu structura cromozomică
XXY (ovulă XX + spermatozoid Y) sunt de sex mascul (asemenea indivizi
sunt afecatți de sindromul Klinefelter, o boală gravă a bărbaților însoțită de
tulburări endocrine, sterilitate, etc.).

116 VI. REPRODUCEREA ORGANISMELOR

Reproducerea este o proprietate esențială a oricărui organism viu și
constă în însușirea de a da naștere unor ființe noi, pentru asigurarea
perpetuării speciilor și a permanenței vieții pe pământ.
Ereditatea și variabilitatea sunt strâns legate de formele de înmulțire.
Cele mai frecvente tipuri de reproducere a organismelor vegetale și animale
sunt: reproducerea asexuată (agamă) și reproducerea sexuată (singamă).
Reproducerea asexuată – se realizează pe seama unui singur individ
de la care se detașează diferite porțiuni sau anumite organe specializate,
capabile să dea naștere na noi indivizi. Acest tip de reproducere se poate
efectua pe mai multe căi. Astfel, la unele organisme inferioare, ca la bacterii
și alge, reproducerea se face prin sciziparitate (diviziunea nucleului urmată
imediat de o scindare a citoplasmei); la drojdii, reproducerea se face prin
înmugurire; la sporozoare, prin segmentare multiplă sau schizogonie.

6.1. Ereditatea la reproducerea asexuată
Majoritatea plantelor au capacitatea de a- și reface întregul organism
dintr-o porțiune oarecare a lui (porțiuni de rădăcină, tulpină, frunză).
La multe plante înmulțirea vegetativă se face pe cale naturală, cu
ajutorul unor organe specializate ca: bulbi (ceapă, lalea, crin, etc.), tuberculi
(cartof, topinambur), rădăcini tuberizate (batatul), rizomi (pir, costrei).
Pentru practica agricolă o importanță deosebită o are înmulțirea
artificială cu ajutorul butașilor care pot fi: tulpinali, foliari și radiculari.
În cazul înmulțirii vegetative se observă că descendenții manifestă
într-un grad destul de pronunțat însușirile ereditare ale aceluiași organism de
la care au fost luați butașii, bulbii, tuberculii, etc. În acest caz se păstrează
foarte bine caracterele și însușirile organismelor. De aceea, cei care
efectuează selecția, atunci când vor să păstreze anumite caractere valoroase
apărute la o plantă, apelează la înmulțirea vegetativă.
În practica ameliorării se folosește adesea selecția clonală, adică se
aleg descendenții proveniți de la aceeași plantă (rezultați în urma înmulțirii
vegetative). Pe această cale se obțin nu numai descendențe valoroase, dar și
foarte uniforme.
Timireazev, K.A., a numit această formă de ereditate – ereditate simplă .
O altă formă de reproducere asexuată întâlnită atât la plantele
inferioare, cât și la cele superioare este reproducerea cu ajutorul unor celule
specializate, spori sau zoospori (prevăzuți cu flageli). Sporii se formează mai
ales la plantele de uscat, în timp ce zoosporii sunt caracteristici algelor și unor
ciuperci care se înmulțesc în medii cu umiditate ridicată.

117 Acest mod de reproducere constituie forma de legătură dintre
reproducerea asexuată și cea sexuată.
La majoritatea plantelor sporii (sau zoospor ii) se formează la un
anumit stadiu de dezvoltare individuală a organismului. Înainte de formarea
sporilor are loc diviziunea reproducătoare a celulelor sporogene (meioza). La
organismele care se înmulțesc exclusiv prin spori întâlnim, în general, forma
de ereditate simplă, deoarece organismul nou apare dintr-o celulă (spor) fără
să fi avut loc o contopire cu altă celulă.
6.2. Ereditatea la r eproducerea sexuată
Pe o anumită treaptă de dezvoltare a organismelor vii a apărut
fenomenul de reproducere sexuată. La baza acestuia stă diferențierea
organismului în două categorii fiziologice, două sexe opuse – mascul și femel.
Organismele care se înmulțesc pe cale sexuată formează la o anumită etapă
celușle sexuale, gameți masculi și femeli, în urma contopirii căora ia naștere
zigotul din care se va dezvolta noul organism.
Orice proces vital are la bază procesele de metabolism. În cazul
fecundației are loc asimilarea reciprocă între cei doi gameți, iar ca rezultat ia
naștere o celulă nouă, zigotul (fenomenul este cunoscut sub denumirea de
amphimixie). La formarea zigotului participă atât nucleii celulelor, cât și
citoplasma. La fecundație are loc, prin urmare, asimilarea reciprocă a
celulelor sexuale în întregimea lor.
Celula-ou (zigotul) păstrează, de obicei, însușirile ereditare ale celor
doi părinți. Însemnătatea biologică a procesului sexual constă în aceea că se
nasc celule cu o natură dublă.
Celulele sexuale sunt cele mai complexe celule din punct de vedere
biologic, în comparație cu celelelte celule somatice ale aceluiași organism. În
celulele sexuale sunt exprimate însușirile ereditare potențiale care sunt proprii
întregului organism.
Complexitatea gameților crește în raport direct cu creșterea în
complexitate a organismelor. La organismele cele mai inferioare, care se
reproduc sexuat, este o mare asemănare morfologică între celulele mascule și
cele femele. Acesta este fenomenul de izogamie. Pe măsură ce organismele
se găsesc pe o treaptă evolutivă superioară se complică și procesul sexual,
îndeosebi celulele sexuale. Gameții se deosebesc între ei morfologic și
fiziologic și au primit denumirea de heterogameți.
Importanța reproducerii sexuate . Reproducerea sexuată constituie
un factor de o importanță deosebită în procesul evoluției. Apariția sexelor, ce
a avut loc în urma procesului d e evoluție, a contribuit mult la sporirea
variabilității ereditare a plantelor. Dacă n-ar fi existat înmulțirea sexuată,

118 variabilitatea ar fi apărut numai pe calea moștenirii caracterelor dobândite sub
influența condițiilor de mediu. În cazul înmulțirii sexuate, prin combinarea
diferitelor însușiri aduse de gameții celor două sexe d iferite, se îmbogățește
continuu baza ereditară a plantelor. Celula-zigot rezultată din unirea
gameților conține toată bogăția de posibilități ereditare a ambilor părinți.
Prin reproducerea sexuată se realizează creșterea vitalității
organismelor ca urmare a contricției ce apare în celula-zigot născută din
unirea a doi gameți diferiți.
Alternanța generațiilor (asexuate și sexuate) . La plantele
superioare și la multe dintre plantele inferioare, înmulțirea asexuată și sexuată
alternează în cursul dezvoltării ontogenetice.
La plantele inferioare predomină gametofitul. Prin asimilarea
reciprocă a celor d oi gameți ia naștere o celulă diploiă, zigotul. Cu aceasta
începe diplofaza. În zigot rezultă o nouă plantă care va da naștere în urma
diviziunii reproucătoare la spori. Această generație este numită sporofit,
celulele au 2n cromozomi.
Plantele superioare (angiosperme) sunt reprezentate prin sporofit.
Organele în care se formează sporii sunt florile. În elementele femele (ovule)
se formează megasporii, iar în elementele mascule (antere) se formează
microsporii (figura 29 ).

Fig. 29. Schema unei flori: 1- sepale; 2- petale; 3- filamentul anterei; 4- antera; 5-
grăunciori de polen; 6- stigmat cu grăunciori de polen; 7- tub polinic; 8- ovar; 9- ovul; 10-
glande nectarifere; 11- oosfera; 12- sinergide; 13- antipode; 14- nucleul secundar al sacului
embrionar (după Manoliu, M. și colab., 1965)

119 Megasporogeneza și megagametogeneza . În elementele femele ale florii
(ovule), care constituie partea specifică a sporofitului, se formează megasporii .
Megasporogeneza începe cu nașterea în stratul hipodermal al ovulei,
a celulei mamă-megaspor. Această celulă suferă procesul e iviziune
reucătoare. În urma celei de-a doua iviziuni meiotice iau naștere 4 celule
megaspori (cu n cromozomi) dispuse într-o ordine liniară (figura 30). La tipul
normal, 3 din cei 4 megaspori (cei din regiunea micropilului) se resorb.
Megasporul interior se dezvoltă, își mărește dimensiunea, iar nucleul suferă
o serie de diviziuni mitotice. În urma a trei diviziuni se formează opt nuclei
dispuși câte patru la cei doi poli ai sacului embrionar care reprezintă
gametofitul feminin .
Fig. 30. Megasporogeneza: a- celula mamă-megaspor; b- metafaza primei diviziuni
meiotice; c- metafaza celei de-a doua diviziuni meiotice; d- cele 4 celule-megaspori; e-
dezvoltarea megasporului interior și resorbția celor 3 megaspori; f- diviziunea mitotică
succesivă a megasporului; g- formarea celor 8 nuclei (gametofitul femel); h- formarea
nucleului secundar al sacului embrionar; i- oosfera (gametul femel); j- sinergidele; l-
antipodele; m- sacul embrionar (după Manoliu, M. și colab., 1965)

120 Dintre nucleii polari, 2 (câte unul de la fiecare pol) se dirijează spre
centrul sacului embrionar, formând nucleul secundar al sacului embrionar.
Sacul embrionar matur, la tipul normal întâlnit la majoritatea angiospermelor,
conține la polul micropilar 3 celule haploide, dintre care una este oosfera
(gametul femel) și două sunt sinergidele. La polul opus al sacului embrionar
se găsesc antipodele. Gametul femel (oosfera) este o celulă cu o cantitate mare
de citoplasmă, spre deosebire de gametul mascul care este compus mai mult
din masă nucleară. Așa se explică de ce în cazul când anumite însușiri și
caractere sunt corelate de structura și compoziția citoplasmei, acestea se
transmit prin gametul femel (vezi ereditatea citoplasmatică).
Microsporogeneza și microgametogeneza . Paralel cu formarea
gameților femeli are loc în floare și formarea gameților masculi.
Gametul mascul (spermatia) ia naștere în urma procesului de
microgametogeneză care, la rândul său, este precedat de procesul de
microsporogeneză (formarea grăunciorilor de polen). Grăunciorii de polen
(microsporii) se formează în sacii polinici din antere (elementele mascule ale
florii). În interiorul anterelor tinere se găsește țesutul sporogen din care iau
naștere celulele- mamă (microspor) ale grăunciorilor de polen. Aceste celule,
după ce cresc în dimensiuni și devin sferice, suferă procesul de diviziun e
reducătoare. În urma a două diviziuni caracteristice meiozei, iau naștere câte
4 celule (microspori). Fiecare celulă microspor suferă o perioadă de maturare.
Durata acestei perioade de maturare a grăunciorilor de polen depinde de
natura plantelor și de condițiile de mediu. La multe plante agricole ține circa
2-3 săptămâni.
Formarea gameților masculi (microgametogeneza) începe încă înainte
ca microsporul (polenul) să devină funcțional matur. Fiind încă pe planta-
mamă, microsporul germinează. Nucleul microsporului se divide pe cale
mitotică, dând naștere la doi nuclei, unul vegetativ și unul generativ, deosebiți
din punct de vedere morfologic și fiziologic. În felul acesta ia naștere
gametofitul mascul format dintr-o celulă vegetativă și una generativă cuprinse
în membrana microsporului (figura 31 ).
La majoritatea plantelor, celula generativă se divide dând naștere la
două spermatii (la unele încă fiind înconjurată de menbrana microsporului,
iar la altele în interiorul tubului polinic) care reprezintă gameții masculi.
Cercetările efectuate la diferite plante, cu metodele de colorare, au
arătat că aceste spermatii sunt de fapt celule, deoarece în afară de nuclei au
citoplasmă proprie într-o cantitate foarte redusă.
La angiosperme, după ce polenul a ajuns pe stigmat, începe
germinarea lui. Tubul polinic care se formează în urma germinării
grăunciorului de polen străbate prin canalul stilului, iar gameții masculi
(spermatiile) sunt conduși spre sacul embrionar, unde are loc contopirea

121 (asimilarea reciprocă) între oosferă și una din cele două spermatii. În urma
fecundării ia naștere o nouă celulă diploidă – zigotul – din care se va dezvolta
embrionul noului organism.
Fig. 31. Microsporogeneza: a- celula mamă-microspor; b- metafaza primei diviziuni;
c- metafaza celei de-a doua diviziuni; d- cele 4 celule-megaspori; e- diviziunea nucleilor
microsporilor; f- formarea celor 2 nuclei:vegetativ și generativ; g- diviziunea nucleului
generativ; h- formarea celor două spermatii (gameții masculi); i- nucleul vegetativ; j-
anterele cu sacii polinici (după Manoliu, M. și colab., 1965)
6.3. Alte forme de reproducere
În foarte multe cazuri, embrionul se dezvoltă din celula zigot diploidă,
rezultată în urma asimilării reciproce a celor 2 gameți sexuali. Acest tip de
reproducere se numește amphimixie . Noul organism va putea moșteni
caracterele ereditare ale ambilor părinți.
Apomixia . La unele plante și animale, embrionii pot lua naștere din
elementele nefecundate ale sacului embrionar și chiar din celulele nucelei și

122 ale integumentelor. Aceste cazuri sunt cunoscute sub denumirea de apomixie.
Sunt cunoscute următoarele: partenogenez, pogami, aposporia.
Prin partenogeneză se înțelege dezvoltarea unui individ dintr-un ovul
sau oosferă nefecundată. Embrionul poate lua naștere fie dintr-o oosferă
normală – haploidă, fie dintr-o oosferă diploidă care posedă 2n cromozomi,
deoarece celulele nu au suferit diviziunea reducătoare.
Partenogeneza este un fenomen destul de răspândit în natură. Ea poate fi:
accidentală – când numai din anumite cauze nu poate avea loc fecundarea
(fluturi, viespi); facultativă – cum este cazul la albine, unde matca poate da
naștere la albine lucrătoare, care provin din ouă fecundate și la trântori, care iau
naștere din ouă nefecundate; ciclică sau sezonieră – adică într-o anumită
perioadă a anului femelele se reproduc prin partenogeneză, iar în altă perioadă
prin ovule fecundate (afide, dafini, rotifere); permanentă – cum este la unele
insecte, crustacei, pești ostracoizi, etc. Partenogeneza apare uneori și la
vertebrate: reptile, cobai, șoareci, iepuri, găini, fazani.
La plante s-au întâlnit cazuri de înmulțire partenogenetică la; Datura
stramonium, Solanum nigrum, Draba verna, Hieracium, Taraxacum , etc.
Partenogeneza a fost realizată și pe cale artificială. Delage, Y.,
acționând cu tanin și amoniac asupra ouălor de ursin, a obținut un individ
normal și viguros care a trăit 3 ani, iar Bataillon a obținut partenogeneză la
broască, înțepând ouăle cu un ac fin de platină sau de sticlă. În 1940, Pincus
și Schapiro au obținut iepuri prin partenogeneză.
Alături de partenogeneza naturală și artificială sunt experiențe care par
să infirme rolul spermatozoizilor în ereditate sau să-l diminueze considerabil.
Astfel, Kupelwiser a fecundat ouăle de ursin cu spermă de midie, iar
embrionii au fost viabili și au manifestat tipul de urin. O observație atentă
arată că pronucleul mascul nu a fuzionat cu pronucleul femel, ci a dispărut
prin resorbire. Și aceasta poate fi un fel de partenogeneză. Pe lângă aceste
experiențe, din care rezultă că ovula poate să se lipsească de spermatozoid,
sunt și alte experiențe care arată că spermatozoizii se pot disapensa, dacă nu
de totalitatea ovulei, atunci numai de pronucleul femel. Acest fenomen a fost
denumit androgeneză .
Delage, Morgan și Seeliger au procedat la scoaterea nucleului din
ovulele de echinoderme sau de anelide, care au fost după aceea fecundate.
Spemann a realizat aceeași operație la triton, iar Hertwig a distrus nucleul din
ovulele de broască printr-un tratament radioactiv. Baltzer arată că larvele
androgenetice de triton au putut atinge stadiul metamorfozei. Ele sunt haploide.
Toate aceste lucrări asupra potențialității ovulului și a
spermatozoidului tind a dovedi că gameții masculi și femeli posedă un
echipament complet din punct de vedere ereditar. În același timp

123 pertenogeneza este departe de a fi un fenomen general. Aceasta nu exclude
de altfel amphimixia la unele specii, unde ea este naturală.
Apogamia înseamnă dezvoltarea embrionului din antipode sau din
sinergide.
Aposporia constă în aceea că, în ovul, megasporogeneza încetează, iar
sacul embrionar se dezvoltă dintr-o celulă vegetativă a nucelei sau
integumentului, fără reducere cromatică. Mai târziu, din această oosferă
diploidă se formează un embrion fără fecundare.
În toate cazurile de apomixie menționate, se întâlnește o ereditate
simplă, deoarece la reproducere nu participă decât unul din gameți și anume
cel femel.
Poliembrionia . Prin poliembrionie se înțelege formarea mai multor
embrioni într-o sămânță. Ea poate fi: de gamet – când embrionii suplimentari
provin din proembrioni pe cale de diviziune a celulei sale terminale sau din
sinergide și antipode în interiorul sacului embrionar, paralel cu embrionul
rezultat din oosferă; de matamorfoză – când embrionii se formează din
celulele nucelei și a integumentelor și pătrund în timpul creșterii în sacul
embrionar. Poliembrionia este freventă la Cytruși, Rosocee, Trifoliene, etc.
Partenocarpia . Acest fenomen constă în formarea de fructe fără
semințe și este răspândit la plantele citrice, vița-de-vie, unele soiuri de măr și
păr, tomate, agriș, pepene, etc. Partenocarpia este de două feluri: vegetativă –
când fructele se formează fără nici un fel de polenizare; stimulatoare – când
fructele se formează în urma stimulării stigmatului cu polen străin sau cu
anumiți agenți fizici sau chimici. Astfel de plante care dau frunte fără sămânță
se înmulțesc numai pe cale vegetativă.
Influența gametului patern asupra unor țesuturi ale organismului
matern
Procesul sexual se caracterizează, în general, atât la plante, cât și la
animale prin fenomenul de amphimixie. În afară însă de procesul sexual
propri-zis apar și alte procese secundare care se reflectă în apariția unor
fenomene cunoscute sub denumirea de xenii, metaxenii, polispermie,
telegonie, etc. În aceste cazuri se observă influența gametului patern asupra
unor țesuturi ale organismului matern.
Xenia. Este știut că în urma fecundării oosferei de către una din cele
două spermatii se formează zigotul din care se va dezvolta mbrionul. În afară
de aceasta mai are loc fecundarea nucleului secundar al sacului embrionar de
către o altă spermatie.
În unele cazuri se poate întâmpla ca spermatia care participă la
facundarea nucleului secundar al sacului embrionar, să aparțină altui soi cu
alte însușiri deosebite. Aceasta poate duce la dezvoltarea unui endosperm cu
caractere evidente ale soiului patern.

124 Acest fenomen își găsește explicația în dubla fecundare descoperită de
Navașin, S.G., la angiosperme. Din unirea uneia din cele două spermatii cu
nucleul secundar al sacului embrionar (diploid) se obține o celulă triplodă,
din care prin diviziune ia naștere endospermul seminței (figura 32).
Endospermul ca țesut nutritiv al embrionului conține zestrea ereditară a
organismului matern și patern. Navașin a arătat că cele două spermatii din
același tub polinic diferă din punct de vedere optic și biochimic, din care
cauză una din acestea nu poate să se unească decât cu oosfera, iar cealaltă
numai cu celula secundară (diploidă) a sacului embrionar.

Fig. 32. Dubla fecundare la floarea-soarelui: a- tubul polinic; b- sinergidele (una dintre ele
este vătămată de tubul polinic); c- oosfera; d- spermatie în contact cu oosfera; e- celula
secundară; f- spermatia a doua în contact cu celula a doua; g- începutul formării unui țesut
antipodial (cca 40 antipode la floarea-soarelui)(după Manoliu, M. și colab., 1965)

La Angiosperme , a doua spermatie poate fi considerată drept gamet,
însă nucleul secundar al sacului embrionar, așa cum arată Jukovski, P.M., nu
poate fi considerat gamet. Aceasta a determinat pe unii biologi să numească
actul contopirii celei de-a doua spermatii cu celule secundară ˝fecundarea
vegetativă˝. În acest act, o importanță deosebită din punct de vedere ereditar
are cea de-a do ua spermatie. Aceasta se poate constata în fenomenul de xenie.
Acest fenomen se poate observa adesea la porumb. Pe știuletele unui soi de
porumb cu boabe galbene se pot observa din loc în loc boabe de altă culoare
(albă, roșii, violet), datorită influenței polenului străin (figura 33 ).

125 Fig. 33. Fenomenul de xenie la porumb (https://www.google.ro)
Fenomenul a fost observat și la grâu. Astfel, Blaringhen, G., a menționat
apariția xeniilor în urma încrucișărilor dintre diferite specii ale genului Triticum.
Katterman, G., a găsit la un soi din grâul obișnuit ( Triticum aestivum ), de origine
hibridă, boabe de culoare variind de la verde-albăstrui până la gri- albăstrui.
Această culoare se dato rează prezenței unui pigment (antocianina) strâns legat
de grăunciorii de aleuronă. În urma încrucișărilor dintre acest soi de grâu și
soiurile cu bobul alb sau roșu s-a observat apariția xeniilor.
În producerea xeniilor, un rol important îl joacă localizarea anatomică.
Dacă la un soi oarecare culoarea bobului este localizată, de exemplu în pericarp
(frecvent pentru culorea roșie), fenomenul nu se va manifesta deoarece
pericarpul nu face parte din endosperm. Dacă însă culoarea este legată de stratul
aleuronic (care face parte din endosperm), xenia se va manifesta.
Apariția xeniilor este legată și de dominanța caracterelor ereditare
aduse de gametul patern. Astfel, s-a observat în diferite cazuri că endospermul
făinos domină asupra caracterului de enospern zaharat, iar culoarea galbenă
domină asupra culorii albe. Dacă spermatia ce participă la formarea
endospermului conține caractere recesive, xenia nu apare. Dar chiar atunci
când polenizatorul aduce cu sine unele caractere dominante, se poate ca
fenomenul de xenie să nu apară. Din punct de vedere practic, apariția xeniei
dovedește impurificarea plantelor cu polen străin servind ca un criteriu de
apreciere a purității biologice a culturilor.
Metaxenia . Influența gameților masculi poate fi mult mai mare decât
în cazul xeniilor. Ea se poate răsfrânge asupra fructului care, deși provine din

126 țesutul matern, va avea nu numai caracterele plante-mamă, ci și pe cle ale
plantei-tată. Acest fenomen poartă denumirea de metaxenie.
Numeroase cazuri de metaxenie au fost observate la pomii și arbuștii
fructiferi, precum și la plantele anuale. Un exemplu de metaxenie a fost
observat de Miciurin, I.V., la hibridul dintre piersic ( Prunus persica ) și
migdalul Posrednic (A mygdalus nana mongolica x Prunus davidiana
Franch). Fructul avea o formă originală: jumătate din fruct avea mărimea și
gustul piersicului, iar cealaltă jumătate era de două ori mai mică și se asemăna
cu migdala, având și gustul amărui al acesteia (figura 34 ).
În cazul metaxeniilor se consideră că are loc asimilarea de către
țesuturile materne ale florii, a substanțelor provenite de la elementele mascule
care participă la fecundare. Cercetările au arătat că însăși embrionii hibrizi au
un rol important în acest proces, fenomenul fiind considerat ca o manifestare
a ginandromorfismului.

Fig. 34. Metaxenie la un fruct de piersic hibrid fecundat cu polen de migdal
(după Manoliu, M. și colab., 1965)

Polispermia . La unele plante s-a putut observa fenomenul pătrunderii
în oosferă a două sau mai multe celule generative. Fenomene de dispermie
sau polispermie s-au întâlnit atât la plantele inferioare, cât și la cele superioare
(figura 35 ).
Pătrunderea mai multor tuburi polinice în sacul embrionar a fost
observată cu mult înaintre de către Strassburger, E., (1844). El a pus în
evidență fenomenul de dispermie la angiosperme. În 1898, Navașin, S.G.,
observă pătrunderea spermatiilor nu numai în sacul embrionar, ci și în
țesuturile înconjurătoare. Studiind procesul fecundației la Bryophite,
Schowalter, A., (1926-1928) a observat că prin gâtul arhegoanelor acestor

127 plante pătrund un număr mare de spermatii. În mod obișnuit însă, o singură
spermatie se unește cu oosfera. Arnoldi, V.M., (1900) a observat la conifere
fenomenul polispermiei, adică pătrunderea în oosferă a câtorva spermatii.
Gherasimova, E.N. și Navașin, S.G., (1933) au observat la planta Crepis
capilaris pătrunderea mai multor celule generative (până la 6 perechi) în
același sac embrionar, precum și a două celule germinative în aceeași oosferă
(fenomenul de dispermie).
Fig. 35. Dispermie (stânga) și polispermie (dreapta) la Orchis maculata
(după Manoliu, M. și colab., 1965)
Cercetând procesul de fecundare la grâu, Afanasieva, A.S., (1956) a
arătat că pătrunderea spermatiilor nu numai în sacul embronar, ci și în diferite
celule ale nucelei și contopirea lor cu nucleii acestor celule reprezintă un
fenomen obișnuit.
În mod obișnuit, celula-zigot rezultă din fecundarea oosferei cu o
singură spermatie. La polenizarea cu amestec de polen provenit de la două sau
mai multe soiuri cu caractere diferite s-au observat și cazuri când descendența
hibridă manifestă însușirile ereditare a două sau mai multe forme paterne.
Asemenea fenomene au fost observate la numeroase plante: grâu,
porumb, bumbac, etc. Astfel, polenizând plante din soiul de grâu Hordeiforme
432 (aristat, cu glume glabre) cu un amestec de la soiurile Kandicans 75/9
(mutic) și Apulicum 964 (aristat, cu glume păroase), Medvedeva, G.B., a
observat și apariția de plante hibride ce manifestau în același timp caractere de
la ambele soiuri polenizatoare și anume lipsa aristelor și perozitatea glumelor.
Influența concomitentă a doi genitori paterni a fost pusă în evidență
nu numai la plante, ci și la animale. Se pot menționa în acest sens, experiențele
efectuate de Merkurieva, E.K., la păsări. Găinile din rasa Leghorn cu penaj
alb, ciocul și picioarele de culoare galben-deschis au fost fecundate cu spermă
provenită de la cocoși din rasa Australop, cu penaj negru, ciocul și picioarele

128 negre și din rasa Hemphire, cu penaj roșu-deschis, ciocul galben-cafeniu, cu
picioare galben-deschis. Unii dintre produșii rezultați de la aceste păsări au
prezentat în prima și a doua generație caractere de la ambele forme paterne:
penaj de culoare neagră cu pete roșcate pe cap și gât sau cu ciocul de culoare
neagră și picioare de culoare glabenă.

Concluzii
Cercetările au arătat că elementul mascul (polenul) poate să exercite,
în unele cazuri, o influența asupra țesutului ovarului și pericarpului plantei-
mamă, chiat atunci când nu are loc fecundarea propriu-zisă (asimilarea
gameților) și când fructele se formează pe cale partenocarpică. Miciurin, I.V.,
a observat influența pe care polenul o poate avea asupra pericarpului,
independent de procesul sexual propriu-zis, la unele soiuri de pomi a căror
fructe sunt lipsite de semințe. Astfel, s-a observat că forma și culoarea
fructelor de la soiul de măr Bessemianka (fructe fără semințe) variază în
funcție de soiul polenizator. În urma fecundării florilor soiului Bessemianka
cu polen de la soiul Reinette Oberdik, fructele soiului Bessemianka își
schimbă mult aspectul. Polenul acestui soi exercită o influență puternică
asupra fructelor soiului Bessemianka. Întrucât este vorba de un soi fără
semințe, influența polenului s-a exercitat asupra pericarpului. Aici intervine
rolul polenului.

129 VII. CONSANGVINIZ AREA ȘI HETEROZISUL
La reproducerea autogamă, datorită asemănării din punct de vedere
genetic a gameților, rezultă organisme homozigote care, spre deosebire de
cele heterozigote, vor da naștere la descendenți asemănători cu părinții.
Așa se explică de ce soiurile culturilor autogame (grâu, orz, fasole,
etc.) au o stabilitate relativă destul de mare. Stabilitate și mai mare a fost
observată la descendențele rezultate prin autifecundare repetată
(consangvinizare) a plantelor alogame (porumb, floarea-soarelui, sfeclă, etc.)
prin care se obțin linii pure consangvinizate.
Noțiunea de linie pură a fost introdusă de Johannsen, W., (1903). Prin
linie pură el înțelegea inițial descendența unui singur individ absolut autogam.
Definiția aceasta a fost, ulterior modificată. Prin linie pură se înțelegea, în 1909,
toți descendenții de la un individ homozigot autofecundat care nu are o natură
hibridă. Johannsen a experimentat cu fasole (plantă autogamă). A luat semințe
de la o singură plantă de fasole și a semănat separat boabele cele mai mari și
cele mai mici. Timp de 6 ani consecutivi s-au ales din descendențele boabelor
mari, boabele cele mai mari și din descendențele boabelor mici, boabele cele
mai mici, care s-au semănat iarăși separat. După acest interval de timp mărimea
medie s-a păstrat aceeși la cele două categorii de semințe (figura 36). De aici
Johannsen a tras concluzia că selecția este inutilă în cadrul unei linii pure, iar
mai târziu Morgan, Th.H., a apreciat că pentru teoria selecției, fie ea naturală
sau artificială, această deosebire are o însemnătate primordială, întrucât arată
în mod clar că nimic nu se poate obține pe calea selecției variantelor, care sunt
oconsecință a influențelor din afară.
Fig. 36. Efectul selecției în cadrul unei linii pure de fasole
(după Manoliu, M. și colab., 1965)

130 Observațiile efectuate de Johannsen cu privire la stabilitatea
descendențelor homozigote (linii pure) are o mare importanță practică. În
ameliorare unul din criteriile de apreciere a liniilor consangvinizate este
stabilitatea și uniformitatea acestora.
În selecția plantelor autogame se urmărește obținerea unor forme
homozigote stabile. Trebuie subliniat însă că, în cadrul liniilor considerate
homozigote, în majoritatea factorilor ereditari, nu se poate vorbi de o stabilitate
absolută.
Plecând de la homozigoția și de la invariabilitatea liniilor pure,
Johannsen consideră că selecția are eficacitate numai în cadrul unei populații,
deoarece populția se compune dintr-un amestec de genotipuri. Această teorie
neagă posibilitatea transformării și adaptării liniilor pure pe calea selecției.
Concluziile pe care le-a tras Johannsen referitor la negarea rolului
selecției naturale și artificiale asupra indivizilor ce compun o linie pură sunt
discutabile. În primul rând, Johannsen a lucrat cu un număr mic de indivizi:
se luau numai 2 – 5 boabe din fiecare categorie, dintr-un total de 150 de boabe
și un număr reltiv redus de gener ații. În al doilea rând, selecția s-a efectuat
numai asupra boab elor, nu și asupra plantelor care produceau bobele mai și
mici. Mărimea diferită a boabelor a fost determinată de proprietățile ereditare
și de locul de așezare în păstaie, deoarece plantele întregi au crescut în condiții
constante de mediu. Acest din urmă aspect a dus la confirmarea ideii lui
Darwin, Ch., care a arătat că ˝dacă ar fi cu putință să creăm tuturor indivizilor
unei anumite specii timp de mai multe generații condiții de existență absolut
asemănătoare, variabilitatea n-ar avea loc˝.
Condițiile de mediu, schimbându-se de la o generație la alta,
determină apariția unor variații asupra cărora acționează selecția. Definiția
dată liniei pure cere ca individul de la care se pornește să îndeplinească două
condiții esențiale: să fie absolut autogam și să fie homozigot pentru toț i
factorii pereche, ereditari. Astfel de condiții, în realitate, nu le poate îndeplini
niciun organism. În primul rând, plantele autogame ca: fasolea, mazărea,
grâul și altele sunt avizate și la un oarecare procent de polenizare încrucișată
(procent mic). A doua condiție, este la fel de greu de îndeplinit deoarece
practic nu se obține un individ homozigot în absolut toate caracterele
ereditare. În fața unor astfel de dificultăți, Sirks, J.M., a scris ˝în forma sa
extremă noi putem să acceptăm că această concepie este o ficțiune în
viața organsmelor și imposibil de realizat ˝.

Concluzii
Descendența unui singur individ care se reproduce printr-o strictă
autogamie sau autofecundare forțată, respectiv linia pură, are o stabilitate

131 pronunțată. Această stabilitate reflectă baza genetică homozigotă într-o serie de
caractere.
Stabilitatea liniilor nu este absolută. Variabilitatea liniilor pure poate
avea loc ca urmare a două cauze: prima categorie se referă la starea de
homozigoție care nu se poate realiza pentru absolut toți factori ereditari; a
doua categorie reprezentată de mutațiile ce pot apărea ca urmare a schimbării
condițiilor de mediu și care se pot consolida sub acțiunea selecției.
Consangvinizarea
Prin consangvinizare se înțelege la plante – polenizarea forțată cu
polen ropriu a plantelor alogame, iar la animale – încrucișările înrudite.
Organismele supuse consangvinizării manifestă următoarele
fenomene:
1.Desfacerea populației în biotipurile compone nte (segregarea).
Plantele alogame fiind avizate la polenizarea străină au totdeauna o natură
heterogenă. Din punct de vedere genetic, chiar și soiurile cele mai uniforme
(fenotipic) pot fi considerate populații, deoarece la formarea bazei lor
ereditare au participat în cursul generațiilor numeroase forme (biotipuri)
aparținând la diferiți polenizatori.
În heterozigot, numeroase caractere și însușiri pot fi recesive, adică să
nu se manifeste, ele fiind acoperite de caracterele dominante. Unele dintre
caracterele ereditare aflate în stare recesivă pot fi valoroase din punct de
vedere economic: rezistente la boli, la cădere, etc. Numeroase caractere
ereditare negative se află, de asemenea, în stare recesivă.
Când forțăm o plantă alogamă (heterozigotă) să se polenizeze cu
polenul propriu în descendență are loc desfacerea bazei ereditare în
bioripurile componente. Aceasta se reflectă în marea variabilitate a indivizilor
rezultați în primele generații consangvine. Astfel, la plantele de porumb
consangvinizate apare o mare diversitate de forme ce se abat de la tipul
normal: pe lângă plante cu defecte clorofiliene și florale apar indivizi ce diferă
între ei în ceea ce privește diferite caractere morfologice (mărimea, forma,
culoarea boabelor, a știuleților, etc.), care pot constitui pentru amelioratori un
bogat material inițial de selecție pentru extragerea așa-numitelor linii
consangvinizate ce vor servi la obținerea de hibrizi valoroși.
2.Scăderea variabilității. Uniformizarea liniilor consangvinizate .
Cea mai mare variabilitate se observă în primele generații consangvine. În
următoarele generații variabilitatea scade treptat, datorită scăderii
heterozigoției plantelor. La unele plante după 6-7 generații de autopolenizare
se obțin descendenți care nu numai că nu segregă, dar dau descendenți foarte
uniformi, sunt așa-numitele linii consangvinizate care din punct de vedere
genetic sunt considerate homozigote. Gradul de homozigoție depinde atât de

132 numărul de generații de consangvinizare, cât și de număul de factori
alelomorfi ce sa iau în considerare. Scăderea gradului de heterozigoție este
direct proporțională cu numărul de generații de autofecundare și invers
proporțională cu numărul de alele implicate (figura 37).
Uniformitatea indivizilor care compun o linie consangvinizată
constituie un criteriu de apreciere a purității acestora. Uniformitatea
caracteristică a liniilor consangvinizate consolidate nu este însă absolută. În
condiții de mediu schimbate pot apărea unele variații care se pot intensifica
prin selecție.

Fig. 37. Valoarea în procente a indivizilor heterozigoți pentru fiecare generație
autofecundată, de la 1 la 10. Diferitele curbe indică numărul perechilor de alele de la 1 la 15
(după Manoliu, M. și colab., 1965)

3. Depresiunea organismelor consangvinizate . Plantele alogame
forțate să se polenizeze cu polen propriu reacționează, de obicei, negativ.
Unele prezintă chiar fenomenul de incompatibilitate pentru polenul propriu.
Gradul de incompatibilitate variază în funcție de natura speciei și a
soiului. Astfel, la secara consangvinizată, procentul de sterilitate este foarte
mare, în timp ce porumbul suportă mai bine consangvinizarea.
Autofecundarea plantelor alogame și încrucișarea înrudită a
animalelor are ca efect o depresiune ce se experiorizează prin scăderea
vitalității, diminuarea taliei, scăderea fertilității și a productivității. Astfel,
plantele de porumb consanhvinizate au o talie mică, știuleți mici și ca urmare
o productivitate mai redusă. La animale, efectul depresiv se manifestă sub
diferite forme.

133 Cercetările efectuate de Federley, H. și Wright, S., la insecte,
rozătoare, păsări și animale domestice mari au constatat acest efect, dar nu
așa de pronunțat la la plantele alogame. Ca fenomene depresive frecvente, se
pot menționa și: scăderea fecundității, reducerea greutății corporale, nașteri
premature, mortalitatea în primele faze ale dezvoltării ontogenetice, creștere
încetinită, sensibilitate la tuberculoză. Se poate constata că toate gradele de
degenerare, începând cu liniile lipsite de viabilitae pâă la liniile care nu
reflectă decât vag efectul depresiv sau chiar întrec formele parentale în ceea
ce privește vitalitatea.
O caracteristică importantă a consangvinizării la animale o constituie
faptul că se pot obține linii consangvinizate cu vitalitate și fertilitate normală
ceea ce nu este posibil la porumb, unde la 100 linii consangvinizate nu se
găsește nici măcar una care să dea o producție apropiată de formele parentale
(Manoliu, M. și colab., 1965).
Diferitele caractere și însușiri care reflectă vitalitatea scăzută se
transmite la descendenți, fiind ereditare. Scăderea vitalității ce poate fi
observată la liniile consangvinizate este foarte puternică în prima generație.
În următoarele, acest fenomen scade în intensitate, ajungându-se la o
stabilitate relativă, la o anumită limită și un minim de consangvinizare .
La unele organisme însă, consangvinizarea strictă, aplicată pe un
număr de generații, poate duce la fenomene nedorite ca: o pronunțatî scădere
a capacității de adaptare, a rezistenței la boli, a productivității, etc. Asemenea
cazuri au fost observate la unele linii consangvinizate de porumb. Pentru a
evita acest lucru în practica producerii de sămânță la liniile consangvinizate
de porumb se aplică așa-numita metodă SIB (încrucișare înrudită): soră
(sister) x frate (brother). În acest caz, în locul polenizării cu polen propriu
(consangvinizare strictă), plantele sunt polenizate cu polen provenit de la alți
indivizi ce aparțin aceleiași linii (plantele provin de la aceiași știuleți).
Rinke, E.H., spunea că ˝polenizarea cu amestec de polen în cadrul
aceleiași linii consangvinizate de porumb duce la menținerea uniformității
liniei˝ respective.
Pe lângă efectele depresive generale ce apar la plantele și animalele
supuse consangvinizării se mai observă atât la plante, cât și la naimale, unele
efecte specifice ale consangvinizării dintre care se pot menționa frecvența
mare a anomaliilor și chiar a monstruozităților. Astfel, la plantele de porumb
consangvinizate, apar numeroși indivizi cu frunze albinotice, plante pitice,
anormal dezvoltate, plante cu frunze dungate, anomalii ale inflorescențelor,
etc. Multe dintre acestea sunt eliminate în cursul selecției naturale sau
artificiale, altele însă s mențin la descendenți.

134 Numeroase anomalii datorate consangvinizării au fost puse în
evidență la musculița de oțet (ex. aripi cu nervuri supranumerare, defect
observat de Dubinin, P.N. la populațiile sălbatice de Drosophila ).
Importanța practică a liniilor consangvinizate la plante
La unele specii, cu toate defectele pe care le manifestă plantele
consangvinizate, se pot întâlni și unele forme valoroase reprezentate prin
biotipuri homozigote într-o serie de factori recesivi. Caracterele ereditare
valoroase condiționate de factori recesivi sunt scoase în evidență la formele
consangvinizate ca urmare a trecerii acestora în stare homozigotă. Au fost
obținute forme erecte și bogate în frunze la trifoi, forme rezistente la pășunat
la unele ierburi perene, forme hermafrodite la ricin, cânepă, etc., forme de
lupin cu procent scăzut de alcaloizi.
Prin consangvinizare au fost descoperite forme de porumb rezistente
la cădere, boli, etc.
O mare valoare pentru ameliorare o au biotipurile homozigote
dominante. Însușirile valoroase condiționate de factorii dominanți se moștenesc
dominant în încrucișările ulterioare. Așa sunt o serie de linii consangvinizate
de porumb rezistente la tăciune, linii de floarea-soarelui rezistente la rugină și
la molie, linii de secară rezistente la rugină și la făinare, etc.
Rolul deosebit al liniilor consangvinizate pentru practică este legat de
capacitatea combinativă a acestora. Prin încrucișare se pot obține combinații
hibride cu o mare capacitate de producție și cu o vitalitate ridicată, se obține
cu alte cuvinte fenomenul heterozis.
Fenomenul heterozis
Prin fenomenul heterozis se înțelege în mod obișnuit creșterea
vigurozității la organismele hibride în prima generație (F1).
Vigoarea organismelor heterozigote (rezultate din încrucișarea dintre
linii sau soiuri cu eredități diferite) se poate reflecta printr-o productivitate
mai mare (heterozis reproductiv), un habitus mai mare (heterozis somatic),
rezistență la boli, secetă, ger și dăunători, precocitate sporită față de plantele
părinți (heterozis adaptiv).
Fenomenul heterozis apare ca rezultat al acțiunii reciproce a gameților
heterogeni și poate cuprinde atât însușirile fiziologice, cât și caracterele
morfologice ale organismului.
Încă din anul 1766, Koelreuter, J., în lucrările sale despre hibrizi a
atras atenția asupra vigurozității excepționale a unor hibrizi de Nicotiana , fără
a elabora însă o teorie asupra heterozisului. Knight, A., a scos în evidență
natura fiziologică a vigurozității hibrizilor din prima generație și micșorarea
ei în generațiile următoare. Darwin a adus numeroase exemple în legătură cu

135 vigoarea hibrizilor. În lucrarea sa ˝Efectele încrucișării și autofecundării la
plante˝ (1876), Darwin scoate în evidență legea despre creșterea fecundității
și a unei constituții mai viguroase la hibrizii unor forme ce se deosebesc prin
origine. Aceeași lege a lui Darwin explică și rezultatele experiențelor lui
Burbank, L., când la încrucișarea a două soiuri de nuc, al nu a obținut o formă
medie din două, ci una cu mult mai puternică, mai mare decât cea mai mar e
și un soi precoce nou. Nucul Paradox obținut de Burbank în urma încrucișării
dintre Juglans nigra x Juglans regia a crescut excepțional de repede. Unul
dintre hibrizi, în al 16-lea an de viață, avea 18 m înălțime, iar diametrul
tulpinii la înălțimea de 1,2 m era de 61 cm (Manoliu, M. și colab., 1965).
Noțiunea de heterozis a fost introdusă de Shull, G.H., (1914), care a
observat creșterea puternică a vitalității la hibrizii rezultați din încrucișarea
liniilor consangvinizate la porumb. C-am în același timp, același fenomen a
fost observat și de Talanov, în Rusia, tot la porumb (1910). În 1917,
geneticianul Jones, D.F., a propus folosirea hibrizilor dubli, după care
producerea hibrizilor de porumb începe să fie utilizată din ce în ce mai mult
în producția agricolă din diferite țări. Și la noi în țară, cea mai mare parte a
suprafeței destinată culturii porumbului este cultivată cu hibrizi dubli pe bază
de linii consangvinizate care depășesc cu mult producția soiurilor sau a
hibrizilor între soiuri.
Fenomenul heterozis a fost pus în evidență și se folosește atât la
plantele alogame, cât și la cele autogame. Dintre plantele autogame, grâul,
orzul și inul manifestă fenomenul heterozis. Sporul de producție rezultat în
urma încrucișării soiurilor poate ajunge la 44 % la grâul de toamnă, 30 % la
orzul de toamnă și 40 % la inul de fibre.
Intesitatea heterozisului . Aceasta depinde, în primul rând, de
capacitatea combinativă a liniilor care se încrucișează. Aflarea capacității
combinative generale se face prin încrucișarea fiecărei linii cu un tester.
Testerul poate fi reprezentat printr-un soi, hibrid simplu sau linie. Se vor
reține liniile care au cea mai ridicată capacitate combinativă generală (care
dau prin încrucișarea cu testerul cei mai productivi hibrizi). Prin încrucișarea
liniilor între ele luate două câte două (dialele) se determină capacitatea
combinativă specifică și se obțin totdată hibri simpli între liniile
consangvinizate.
Experiențele au arătat că heterozisul este cu atât mai mare cu cât liniile
care se încrucișează sunt mai deosebite din punct de vedere biologic.
Productivitatea hibrizilor simpli rezultați din încrucișarea a două linii A x B
este foarte ridicată. Aceștia deși sunt foarte productivi nu au putut fi folosiți
direct în roducție deoarece liniile de pe care se recoltează sămânța hibridă de
primă generație nu au o productivitate ridicată. De aceea, în cultura mare se
folosesc hibrizi dubli care rezultă din încrucișarea a doi hibrizi simpli de

136 primă generație (AxB) x (CxD)(figura 38). Prima generație a hibridului dublu
posedă o intensitate a heterozisului de cele mai multe ori la nivelul
heterozisului hibrizilor simpli.

Fig. 38. Heterozisul la grâu: spic de la forma mamă, var. Lutescens (stânga); spic de la
forma tată, var. Erytrospermum (dreapta); la mijloc două spice ale hibridului F 1
(după Manoliu, M. și colab., 1965)

Durata fenomenului heterozis . În mod obișnuit, efectul heterozis
care apare în F1 scade în generațiile următoare ca efect al fenomenului de
segregare, precum și a lipsei de diferențiere dintre gameții care dau naștere
generațiilor următoare.
Scăderea bruscă a efectului heterozis la hibrizii dubli care sunt
heterozigoți complecși se explică, după cum arată Baranov, A.P., prin
diferențierea generațiilor următoare, prin pierderea unității acelei baze
ereditare prețioase care se creează prin încrucișarea a patru linii
consangvinizate inițiale. Această scădere a efectului heterozis impune
folosirea în fiecare an a seminței de la prima generație hibridă.
Teorii asupra cauzelor ce determină fenomenul heterozis
Deși fenomenul heterozis a fost cunoscut și folosit de multă vreme în
practică, totuși natura acestuia nu afost elucidată sub multiplele sale aspecte.
Au fost elaborate multe teorii, căutându-se să se explice cauzele care
determină fenomenul. Cele mai răspândite sunt:
Teoria dominanței – a fost emisă de Bruce, A.B., (1910) și dezvoltată
de Jones, F.D., Davenport, B.C., Collins, N.G., etc. Conform acestei teorii

137 dezvoltarea organismelor ar fi controlată de două categorii de gene sau factori
ereditari: factori dominanți favorabili și factori recesivi nefavorabili.
În organismele heterozigote acțiunea genelor recesive nefavorabile nu
s-ar manifesta, ea fiind acoperită de acțiunea genelor alelomorfe dominante
favorabile. Acești factori recesivi se pot manifesta numai în stare homozigotă
în liniile consangvinizate.
Notând, de exemplu, factorii care ar determina creșterea luxuriantă cu
A, B, C, D, E și cei care o inhibă cu a, b, c, d, e conform acestei ipoteze,
organismele care manifestă heterozisul vor conține toți factorii dominanți fie
în stare homozigotă, fie heterozigotă ( AABBCCDDEE sau AaBbCcDdEe ,
AaBbCCDdEe , etc.). În mod teoretic valoarea fenotipică maximă ar trebui să
aparțină genotipului AABBCCDDEE , care conține numai factori dominanți.
Se consideră că apariția acestei forme este însă foarte redusă. După Collins,
N.G., posibilitatea apariției unor asemenea indivizi este de 1/4n, în care n este
egal cu numărul perechilor de factori care controlează caracterul respectiv.
Astfel, în cazul a 6 perechi de factori, probabilitatea apariției ar fi de ¼6 sau
de 0,02 %. Liniile consangvine vor conține pe lângă factori dominanți și mulți
factori recesivi în stare homozigotă: AABBccddee; aabbCCDDEE . Din
încrucișarea unor asemenea linii, care posedă numai în parte factori
dominanți, iau naștere indivizi ce conțin toți factorii dominanți.
P (forme parentale)……………. AABBccddee x aabbCCDDEE
F1 (hibrid)…………………………………….. AaBbCcDdEe
Efectul heterozis mai este explicat și prin diferite tipuri de interacțiune
nealelică a factorilor dominanți reuniți în urma încrcișării dintre diferite linii.
Un rol important l-ar juca după unii teoreticieni efectul aditiv al factorilor
dominanți. Astfel, Keeble, F. și Pellew, C., citează următorul exemplu:
hibrizii obținuți de la două soiuri de mazăre au fost superiori oricăruia din
părinți, din cauza faptului că asupra creșterii și-au exercitat influența doi
factori dominanți diferiți, unul din ei provoca alungirea internodurilor, iar
celălalt, mărirea numărului acestora.
Teoria dominanței cu toate variantele ei nu a reușit însă să explice o
serie de fenomene observate în practică. Astfel Woodworth, căutând să
elimine la trei soiuri de porumb factorii recesivi, nu a observat nicio
îmbunătățire față de soiurile inițiale și nu a găsit nicio corelație între
productivitatea soiurilor și frevența în ele a caracterelor recesive ale
semințelor, plantulelor sau plantelor tinere. De altfel, nu se poate considera
că toate însușirile recesive ar fi dăunătoare.
O altă critică ce poate fi adusă acestei teorii este aceea că din mulțimea
de forme homozigote obținute în urma consangvinizării ar trebui să se

138 găsească totuși unele cu alele dominante în toți locii (ex. AABBCCDDE E),
care conform teoriei dominanței, ar trebui să fie superioare hibrizilor.
Teoria înlănț uirii. Teoria dominanței a fost aexploatată de către Jones,
care a elaborat și teoria înlanțuirii, potrivit căreia heterozisul se datorează
înlanțuirii factorilor favorabili dominanți, precum și cu unii factori recesivi
situați în aceeași grupă de înlănuire. Principiul teoriei înlănțuirii factorilor
este redat în figura 39. Se presupune, de exemplu, două linii consangvinizate
X și Y cu câte trei perechi de cromozomi, posedând fiecare un anumit număr
de gene dominante favorabile înlănțuite (notate cu numere) și alele recesive
nefavorabile corespunzătoare (notate cu liniuțe). Genele au o acțiune
complementară și sunt diferite de la o linie la alta. Prin încrucișarea celor două
linii se obține hibridul XY care posedă toate cele 18 gene favorabile
dominante în stare heterozigotă și manifestă fenomenul heterozis. Această
teorie nu poate explica însă o serie de cazuri ce se pot ivi în practica selecției.
Astfel, înlănțuirea genelor dominante favorabile cu genele recesive
nefavorabile face imposibilă eliminarea prin consangvinizare a factorilor
recesivi, fără ca simultan să nu se elimine și cei domonanți favorabili.

Fig. 39. Principiul teoriei înlănțuirii (după Manoliu, M. și colab., 1965)

Teoria supradominanței – a fost elaborată de Hull, F.G., care a pornit
de la presupunerea că alelele din heterozigot ( A și a) au funcții oarecum
diferite și se completează una pe cealaltă. Astfel Aa întrece în ceea ce privește
vigoarea ambii homozigoți AA și aa. Conform acestei teorii, efectul denumit
supradominare este posibil chiar și atunci când factorul alel recesiv a imprimă
în homozigotul aa un efect vătămător.
Teoria supradominanței arată dependența heterozisului de gradul de
heterozigoție care determină stimularea fiziologică. Starea de heterozigoție
fiind determinată de o singură pereche de factori ( Aa), această ipoteză se mai
numește și ipoteza heterozigoției propriu-zise, spre deosebire de teoria veche
a heterozigoției, unde starea de heterozigoție este condiționată de mai mulți
factori, deci unde se re a face cu un heterozi polifactorial.

139 Cazuri de supradominanță au fost semnalate de Singleton, W.R.,
(1943), Jones, D.F., (1945), Gustafsson, A., (1946), Quiby, J.R. și Harper,
R.E., (1946), care studiind heterozisul rezultat din starea heterozigotă a unei
singure perechi de gene Mm la sorg, au ajuns la concluzia că genotipul
heterozigot Mmaa se remarcă printr-o superioritate netă în ceea ce privește
numărul de tulpini, greutatea inflorescenței, producția de semințe față de
hibrizii homozigoți dominanți Mmaa sau recesivi mmaa. Jones, D.F., (1945)
arată, în urma unor cercetări precise cu linii consangvinizate de porumb, că
hibridarea dintre o mutantă și o nemutantă dă totdeauna heterozis. Stubbe, H.,
(1940, 1953) analizând o serie de mutații din cadrul unei linii de Antirrhinum
majus prin încrucișare cu tipul normal, a constatat că mutația spectabilis în
stare heterozigotă s-a dovedit superioară în privința precocității și a
dezvoltării față de aceeași mutație în stare homozigotă. Caracteristic pentru
fenomenul de supradominanță este faptul că în fața unei alele d ominante A
stă o alelă recesivă a, de unde rezultă că se are de-a face cu o heterozigoție
condiționată de un singur factor, deci cu un heterozis monogen sau
monofactorial. Cercetările lui Richey, F.D., Jones, D.F. și Hull, F.H., (1945,
1946) arată că supradominanța se datorează acțiunii complementare a alelelor
dintr-un singur locus specific.
Teoria supradominanței având la bază heterozigoția monofactorială
nu permite permanentizarea heterozisului în descendență decât în cazul când
s-ar produce anumite modificări structurale ale cromozomilor (o duplicație
urmată de o translocație și însoțită eventual de o înlănțuire).
Teoria heterozigoției – cunoscu tă și sub denumirea de teoria stimulării
– a fost elaborată de Shull, G.H., East, E.M. și Hayes, H.K. Conform acestei
teorii se consideră că mărirea vigorii hibrizilor în F1 s-ar datora revenirii
organismelor la starea heterozigotă. Starea heterozigotă ar avea efect
stimulator asupra creșterii și dezvoltării plantelor.
Cu cât într-un hibrid se găsesc mai mulți factori în stare heterozigotă,
cu atât efectul heterozis este mai mare, cu cât gradul de heterozigoție scade,
iar homozigoția crește, cu atât vigoarea hibridă se reduce crescând numărul
de defecte la descendenți.
Efectul stimulator al heterozigoției a fost observat de numeroși
cercetători. O serie de date experimentale au arătat că această ipoteză este
uilaterală, ea nedând explicații tutror fenomenelor constatate în legătură cu
fenomenul heterozis. Astfel, în lucrările de ameliorare a porumbului efectuate
de Richey și Sprague se constată că micșorarea heterozigoției hibrizilor dintre
liniile consangvinizate nu a fost însoțită întotdeauna de scăderea
productivității. Mather, K., a observat că la speciile autogame hibrizii
heterozigoți nu depășesc totdeauna formele parentale homozigote în ceea ce
privește creșterea și dezvoltarea plantelor.

140 Deși între starea de heterozigoție și efectul heterozis este o strânsă
legătură, totuși trebuie să se aibă în vedere că nu orice stare de heterozigoție
înseamnă în același timp și manifestarea unei vitalități sporite, adică fenomenul
heterozis. Pentru obținerea unui grad înașt de vitalitate a organismelor este
necesar ca în zigot să se creeze un anumit gen de contradicții.
Dubinin, N.P., consideră că apariția fenomenului heterozis nu se poate
explica numai prin neînrudirea genitorilor. Pentru apariția heterozisului este
nevoie de unirea unor sisteme ereditare diferențiate fiziologic, dar care se
completează reciproc.
Teoria alelomorfismului multiplu – a fost preconizată de East, E.M.,
(1936). Plecând de la faptul că după 8 ani de consangvinizare genele recesive
nefavorabile sunt aproape în întregime eliminate și că prin încrucișarea
liniilor C8 lipsite de factori recesivi obținea totuși heterozis, East susține că
în cazul heterozisului acțiunii cumulative a unor alele multiple unilocale cu
acțiune fiziologică favorabilă. O alelă normală din locusul specific A poate da
prin mutație alelele A1, a2, A3, A4 , iar o alelă normală din locusul b poate da
naștere alelelor B1, B2, B3, B4 . Cu cât o alelă multiplă este mai îndepărtată
de alela normală, cu atât efectul ei este mai mare. Astfel, alelele A1A4 vor
avea o acțiune mai mare decât A1A2 sau A1A1, iar B1B4 mai mare decât B1B1
sau B1B2. Cercetări ulterioare au arătat că alelele multiple unilocale pot
acționa nu numai cumulativ, ci și stimulator, datorită heterozigoției.
Teoria alelomorfismului multiplu poate fi valabilă pentru unele cazuri
speciale, dar nu generalizată, deoarece neagă dominanța sau recesivitatea și
deci acțiunea genelor normale și defective în producerea heterozisului
(Richey, F.D., 1950).
Teoria echilibrului genetic – a fost elaborată de Mather, K., (1943) și
îmbunătățită de Turbin, N.V., (1961). Această teorie are la bază considerațiile
lui Bridges, C.B., (1922), care susține că orice caracter al unui individ dintr-
o populație este influențat de nenumărate gene din care o parte acționează în
sens pozitiv (plus gene), iar altele în sens negativ (minus gene). Plus genele
dezvoltă caracterele indivizilor, iar minus genele îl slăbesc. La tipul normal
suma plus genelor și suma minus genelor este echilibrată, toate caracterele
având intensitate normală, adică există un echilibru între factorii ereditari
stimulatori și factorii ereditari inhibitori. Dacă se notează tipul normal cu
formula AABBCCDD…..MMNNOOPP în care genele ABC și D sunt gene
stimulatoare, iar MNOP gene inhibitoare, atunci genotipul
aabbccdd….MMNNOOPP va fi cel mai slab, iar tipul
AABBCCDD….mmnnoopp cel mai puternic, deoarece alelele mai active
domină asupra celor mai puțin active. Plus genele și minus genele acționează
în parte aditiv, în parte complementar.

141 La plantele autogame echilibrul genetic interior se realizează în cadrul
fiecărei garnituri haploide de cromozomi, iar zigoții rezultați în urma
autofecundării sunt echilibrați. La plantele alogame și la animale echilibrul
genetic relativ din cadrul populației se realizează prin fecundare încrucișată.
În urma consangvinizării, echilibrul genetic din cadrul populației se
modifică, predominând minus genele cu cțiune inhibitoare și care are drept
urmare apariția de defecte. Încrucișând liniile consangvinizate, echilibrul
genetic se restabilește, înlăturându-se toate defectele depresive ca urmare a
acumulării plus genelor cu acțiune stimulatoare.
În 1953, Rendel, J.M., bazându-se pe cercetările lui Emerson, S.,
(1948, 1952) la heterocarionul (starea genetică a unei clule multinucleare în
care unul din nuclei are o genă schimbată față de ceilalți nuclei) și
homocarionul de Neurospora , a propus teoria echilibrului fiziologic potrivit
căreia heterozigoții balansați de Neuro spora manifestă o creștere mai
viguroasă decât homozigoții. Heterozisul rezultă din interacțiunea
substanțelor esențiale pentru creșterea produselor heterozigote.
Toate teoriile prezentate atribuie nucleului rolul exclusiv în
producerea heterozisului. Nici una însă nu explică în întregime fenomenele
complexe ale heterozisului și nu pot fi acceptate ca teorii generale. Fiecare
dintre teorii explică unele aspecte particulare ale fenomenului.
Pentru explicarea fenomenului heterozis trebuie avut în vedere nu
numai rolul nucleului, ci și particularitățile citoplasmatice ale formelor ce se
încrucișează. De multe ori particularitățile citoplasmatice pot determina
deosebiri în vigoarea hibrizilor reciproci.
Teoria interacțiunii dintre nucleu și citoplasmă – a fost emisă de Schull,
A.F. Conform acestei teorii heterozisul rezultă din interacțiunea dintre genele
din nucleul zigotului și citoplasma acestuia. Michaelis, P., (1951,1954) dă
numeroase exemple la Epilobium privind acțiunea reciprocă dintre nucleogene
și plasmogene și interacțiunea dintre nucleogene și celelalte elemente
purtătoare de ereditate din celulă, precum plastogene, condriogene, etc.
Daskalov, C., în experiențele făcute pe tomate, a constatat că în urma
încrucișărilor rezultatele variază după sensul în care se face încrucișarea. De
exemplu, dacă se încrucișează două soiuri A și B, produșii rezultați din
combinația A♀ x B♂ se vor deosebi de cei rezultați din combinația B♀ x A♂.
Teoria vitalității – susținută de unii biologi care au la bază legea
utilității biologice a încrucișării elaborată de Darwin. Această teorie atribuie
efectul nociv al consangvinizării, lipsei de diferențiere a celulelor sexuale
produse de liniile consangvinizate. Heterozisul se creează în cursul procesului
sexual ca urmare a contopirii în zigot a unor gameți diferențiați din punct de
vedere calitativ. Cu cât formele parentale s-au format în cursul filogenezei în
condiții mai diferite de mediu și cu cât dezvoltarea lor ontogenetică a avut loc

142 în condiții ecologice mai deosebite, cu atât șansele de a obține hibrizi cu o
vitalitate și vigurpzitate mai ridicată sunt mai mari.
Deosebirile dintre părinți nu trebuie să depășească o anumită limită
care se situează, în general, la nivelul speciei, existând în această privință și
unele excepții. Sursa vitalității sporite, a vigorii hibride o constiuie
heterogenitatea zigotului, existența anumitor contradicții interne care sporesc
nivelul activității metabolice.

Rolul condițiilor de me diu în manifestarea heterozisului
Pentru explicarea fenomenului heterozis trebuie ținut cont și de
influența condițiilor exterioare asupra heterozisului care pot exercita o
influență tot atât de puternică asupra dezvoltării caracterelor la hibrizi ca și
factorii ereditari.
Hibrizii își exteriorizează însușirile lor valoroase numai în anumite
condiții pedoclimatice. Turbin, N.V., arată că productivitatea hibrizilor dubli
este mai puțin supusă variațiilor provocate de condițiile specifice ale locului
și anului decât productivitatea hibrizilor simpli. În același timp, atât hibrizii
simpli, cât și cei dubli sunt mai sensibili la aceste variații comparativ cu
soiurile alogame.

143 VIII. TRANSFORMAREA EREDITĂȚII SUB ACȚIUNEA
FACTORILOR MUTAGENI
Prin mutație se înțelege orice modificare bruscă ereditară care apare
în constituția genetică a unui individ. Baur, E., numește mutație orice variație
ereditară care nu este rezultatul unei încrucișări. După Guyénot, mutația este
o variație bruscă, de amplitudine diferită, total și imediat ereditară, putând să
apară spontan ca rezultat al unei acțiuni experimentale. Mutația condiționează
apariția unui fenotip nou sau provoacă schimbări structurale vizibile
cromozomilor sau altor particule intracelulare, care se moștenesc.
Individul care a suferit o mutație se numește mutant. Mutațiile apar
la toate organismele și reprezintă o sursă de variații ereditare. Ele se identifică
pe baza modificărilor fenotipice ereditare sau pe baza modificărilor vizibile
din structura cromozomilor. Acestea din urmă pot să fie însoțite sau nu de un
efect vizibil fenotipic. Modificările fenotipice pot fi sub aspect morfologic și
fiziologic. În afară de mutațiile care se pot descoperi după modificările
fenotipice, mai sunt și mutații care se pot depista ușor, cu metode speciale. În
această categorie intră modificările care afectează unele însușiri fiziologice și
biochimice ale organismelor.
Apariția în natură a unor astfel de modificări bruște a fost remarcată
de mai mulți cercetători, chiar înainte de Darwin. În lucrarea sa ˝Variația
animalelor și plantelor sub influența domesticirii˝ Darwin (1868), alocă un
capitol special acestor forme de variabilitate pe care le numește spots.
Deoarece încă de pe atunci unii naturaliști înclinau să considere că numai
aceste modificări bruște ar sta la baza evoluției, Darwin, în lucrarea amintită,
le atrage atenția că astfel de variații nu pot avea rol hotărâtor în evoluție
deoarece apar destul de rar și la un număr relativ mic de indivizi.
Această problemă a fost abandonată timp de mai multe decenii și
reluată apoi de Hugo de Vries. După 15 ani de cercetări efectuate asupra
modificărilor bruște care apar la planta Linaria vulgaris și îndeosebi la
Oenothera lamarckiana , Hugo de Vries comunică în 1901 observațiile sale în
lucrarea ˝Die Mutations -theorie˝, folosind pentru acest tip de variații noțiunea
de mutație (figura 40 ).

144

Fig. 40. Varietăți apărute brusc la specia Oenothera lamarkiana : a- O. lamarkiana culticată
de Hugo de Vries; b- mutanta gigas- cu tulpină, frunze și flori foarte mari; c- mutanta
nanela cu port, flori și frunze mai mici (după Manoliu, M. și colab., 1965)

Teoria mutațiilor formulată de Hugo de Vries a fost acceptată de mai
mulți naturaliști, care au încercat să explice evoluția plantelor cu ajutorul
acesteia. Neodarwiniștii, pornind de la ideea că transformările lente suferite
de organism sub influența condițiilor de mediu nu sunt ereditare și susțin că
mutațiile sunt singurele variații ereditare care pot duce la formarea de noi
specii. În acest caz se reduce rolul creator al selecției naturale, care ar acționa
numai între specii, nu și în interiorul acestora. Acest curent, cunoscut în
biologie sub denumirea de mutaționism, absolutizând rolul mutațiilor, a
căutat să înlocuiască teoria evoluționistă a lui Darwin. Majoritatea
naturaliștilor consideră că mutațiile se datorează influenței condițiilor de
mediu și nu sunt singurele variații ereditare.

8.1. Tipuri de mutații
După originea lor , mutațiile sunt de două feluri: naturale și artificiale.
Mutațiile naturale – sunt modificări bruște care apar în mod natural
la unele specii de plante și animale. În literatura de specialitate, aceste mutații
sunt cunoscute și sub denumirea de mutații spontane. Astfel de forme
ereditare care apar dintr-o dată în natură au atras atenția cercetătorilor din cele
mai vechi timpuri.
Încă din 1590 se cunoaște apariția în cadrul speciei Chelidonium
majus, cultivată în grădina farmacistului Sprenger, a unei plante cu frunzele
adânc penate. Această formă nouă s-a dovedit constantă și a pus bazele unei

145 specii noi, numită Chelidonium laciniatum , care se găsește și în prezent în
multe grădini botanice.
Fragul monofil este tot o mutație care a fost descoperită în anul 1761
de către Duchesne. Printre fragii cultivați, cu frunze trilobate, harticultorul
amintit a observat o plantă cu frunze simple pe care a înmul țit-o prin marcotaj
și apoi prin fecundare a consolidat ereditatea fragului monofil.
În regnul animal este cunoscută mutația din care s-a format rasa de oi
Ancona. În anul 1791 a apărut la o fermă din SUA un berbec cu cap normal,
dar cu picioare neobișnuit de scurte. Un crescător, Wright, a considerat
această variație ca o însușire valoroasă, deoarece indivizii cu picioarele scurte
nu puteau sări ușor din țarcurile lor. Înmulțind această mutație a creat o rasă
nouă de oi pitice. Mai târziu, în anul 1925, același tip de oaie a apărut și în
Norvegia, cu totul independent de oile Ancona.
Un tip de mutații naturale foarte frecvente în regnul vegetal sunt
variațiile mugurale, numite mutații somatice. Ele apar sub diferite forme și
afectează organele vegetative ale plantelor. La pomii fructiferi apar, uneori,
ramuri cu frunze și fructe cu totul diferite de soiul propriu-zis. Astfel de variații
sunt destul de frecvente la plantele horticole și îndeosebi la plantele care se
înmulțesc pe cale vegetativă. Darwin, în lucrarea menționată mai devreme, a
detaliat importanța variațiilor mugurale pentru crearea de noi soiuri de plante .
Astfel, el citează cazul unor piersici care au dat naștere la ramuri cu fructe
netede și lipsite de perișori; apariția pe un trandafir cu flori albe simple a unei
ramuri cu flori galbene involte; multe exemple de pomi fructiferi care și-au
schimbat forma și culoarea fructelor, numărul de petale, etc.
La animale au fost observate mutații încă de foarte mult timp. La
nevertebrate, Gower, W.L., (1906) analizând 207891 indivizi de Leptinotarsa
decemlineata a identificat 118 mutante. Morgan a determinat multe forme
mutante de Drosoplila melanogaster .
La vertebrate au fost descrise, de asemenea, numeroase mutații
somatice. Într-o crescătorie de vulpi platinate din Suedia a apărut un individ
la care un sector al corpului era colorat ca la vulpea argintie. Acestui fenomen
i s-a dat următoarea explicație probabilă: la un studiu timpuriu, într-o celulă
somatică a apărut o retromutație, adică o revenire a mutației platinat la
culoarea inițială argintie. De aceea sectorul din corp care a luat naștere din
celula mutantă este de culoare argintie.
Multe variații somatice au fost identificate și la bovine, caprine, ovine
și suine. Astfel se citează cazul când la vitele roșii apare câte o pată neagră,
bine delimitată, fără să fi avut loc în prealabil vreo încrucișare. Este deci,
exclusă posibilitatea atribuirii acestei modificări fenomenului de segregare.
Mutațiile artificiale – sunt provocate de om cu ajutorul unor factori
de influență puternici. Între mutațiile naturale și cele obținute pe cale

146 artificială nu există deosebiri esențiale. Ambele categorii pot forma un
material valoros pentru crearea de noi soiuri de plante și rase de animale.
Frecvența mutațiilor artificiale este însă mai mare decât a celor naturale ceea
ce de fapt a dus la ideea provocării lor prin diferite metode chimice și fizice.
O caracteristică a mutațiilor artificiale este aceea că multe dintre ele
prezintă caractere și însușiri negative, nedorite de ameliorator.
Primele încercări de a obține mutații pe cale artificială datează din
anul 1925 când Nadson, G.A., prin expunerea unor ciuperci inferioare la
acțiunea razelor Roentgen, a obținut un număr mare de mutante. În 1927,
Müller, H.J., comunică despre mutațiile obținute la Drosophila prin tratarea
cu raze X, că acestea au afectat culoarea corpului și a ochilor, culoarea, forma
și mărimea aripilor șți alte caracteristici (figura 41). Ulterior, Stadler, L.S.,
(1928, 1930) a obținut mutații într-o frecvență mare la Hordeum vulgare și
Zea mays prin tratarea boabelor de orz și a inflorescențelor de porumb tot cu
raze X. Delone, L.N. și Sepeghin, A.A., (1931) prin iradierea grâului și a altor
specii de cereale au obținut o mărire considerabilă a frecvenței mutațiilor.
Baur, E., a experimentat cu Antirrhinum majus , reușind să mărească frecvența
mutațiilor cu 400 %.

Fig. 41. Mutante de Drosophila : a- dichaete; b- extended; c- rotated; d- divergent; e- dwarf;
f- ski-wings; g- no-wings (după Manoliu, M. și colab., 1965)

147 După 1950, cercetările privind mutațiile artificiale au luat amploare în
multe țări și multe studii s-au efectuat privitoare la efectul difeiților agenți
mutagni asupra unui număr foarte mare de specii vegtale și animale, inclisiv
în țara noastră la ICAR.
După mărimea lor , mutațiile se clasifică în: mari și mici.
Mutațiile mari – sunt acelea care determină apariția unor caractere și
însușiri care se deosebesc evident de tipul normal.
Mutațiile mici – sunt variațiile care nu pot fi percepute decât de
specialiști. Uneori, astfel de variații devin evidente numai pentru că apar în
masă în descendența unei mutante care întâmplător a fost înmulțită.
Se susține că, pentru evoluția speciilor, mutațiile mici au mai mare
importanță decât mutațiile mari. Mutațiile mari reprezintă adesea variații mai
puțin adecvate condițiilor de mediu în care apar și de aceea ele sunt mai ușor
înlăturate de selecția naturală. În procesul de ameliorare, apariția mutațiilor
mici sunt valoroase datorită schimbărilor gradate care vor conduce către
biotipuri noi, care printr-o selecție corespunzătoare pot să ducă la obținerea
unor linii noi și soiuri de plante sau rase de animale.
Sunt mutații care nu se pot sesiza imediat după apariția lor, ci după 1-
2 sau chiar mai multe generații, adică atunci când întâmplarea face să se
întâlnească doi gameți cu aceeași mutație.
După natura schimbărilor care au loc în baza ereditară a
organismelor, mutațiile pot fi: genice sau punctuale, cromozomale sau
restructurări, de genom, mutații de plastide, plasmomutații.
Mutațiile genice – sunt variațiile fenotipice neînsoțite de modificări
vizibile însemnate în structura cromozomilor. Ele rezultă din schimbări care
au loc la nivel submicroscopic, schimbări biochimice care ar afecta gena.
Conform unor cercetări, capacitatea de formare a pigmenților la animalele
domestice este atribuită genei C. Prin mutație, această genă mutează în c, care
este o genă inactivă sub aspectul pigmentării. Indivizii care vor poseda gena
c în garnitură dublă (cc) vor fi de culoare albă. Aceeași genă C poate muta în
mai multe feluri, formând o serie de alele multiple capabile să treacă prin
câteva mutații independente. Toate alelele posibile ale unei gene formează o
serie multiplă de alele. De pildă, la iepurele de casă, intensitatea pigmentației
este atribuită la cinci alele: pigmentația deplină – C; Chinchilla – cchi; culoarea
jderului – cm; himalaya – ch; albino – c. Se consideră aceste gene se pot
împerechea câte două la un individ rezultând astfel diferite posibilități de
combinare.
Fenomenul mutației este un proces reversibil. Dacă gena A mutează
apre a, atunci această alelă poate muta înapoi în A sau să muteze la o a treia
alelă. Gena nouă mutantă este, de obicei, recesivă față de alela sa de mai

148 înainte. Sunt însă și cazuri de mutații dominante. Müller, H.J., a arătat că din
cele 400 de mutații care se cunosc la Drosophila , numai 10 %sunt dominante,
iar din acestea cea mai mare parte nu sunt viabile în stare homozigotă.
Recesivitatea genei mutante a dus la ipoteza ˝prezenței-absenței˝, adică
recesivitatea este determinată de absența prin pierdere a genei pentru
totdeauna sau prin inactivarea ei. Această ipoteză nu are valabilitate generală.
Ea se bazează pe cazurile speciale, când prin pierderea unei porțiuni de
cromozom cu o anumită genă, absența acestei gene are un efect similar ca în
cazul prezenței unor alele recesive.
Mutațiile genice se presupun a fi cele mai frecvente și cu cea mai mare
importanță pentru evoluție și în crearea de noi soiuri de plante și rase de
animale. Acestea, ca de altfel toate tipurile de mutații, prezintă și caracteristici
nedorite, mai ales în ameliorarea plantelor, când pot deprecia calitățile unui soi.

Mutațiile cromozomale – sunt legate de schimbări vizibile care au
loc în cromozomi. Acetea se împart la rândul lor într-o serie de subgrupe,
după tipul de modificare structurală și anume: fragmentații, deficiențe, deleții,
duplicații, inversiuni, translocații, fuziuni (figura 42 ).

Fig. 42. Reprezentarea schematică a aberațiilor cromozomiale: I- diploid normal; II-
deficiență; III- duplicație; IV- translocașie heterozigotă; V- translocație homozigotă; VI-
inversie heterozigotă; VII- inversie homozigotă (după Manoliu, M. și colab., 1965)

Frag mentația înseamnă desprinderea unei porțiuni acentrice dintr-un
cromozom sau cromatido, care devine independentă și apoi se pierde. Sunt

149 cazuri când un cromozom se rupe în unul sau mai multe locuri, iar segmenții
rupți se realipesc la vechiul lor loc. În cazul când aceste rupturi nu au avut loc
în anumite puncte cu o importanță deosebită pentru viaa celulei, cromozomul
funcționează din nou ca și înainte.
În caz de fragmentații, cromozomul se împarte în două părți, din care
una conține centromerul, iar alta este acentrică. Partea de cromozom cu
centromer poate participa la mitoză ca și un cromozom normal, pe când
fragmentul acentric rămâne la ecuatorul nucleului și se pierde prin resorbirea
lui în masa cromatică a noilo nuclei ce se formează.
Deficiența reprezintă pierdere sau inactivarea unei porțiuni terminale
dintr-un cromozom. Acest tip de aberație cromozomală a fost constatat pentru
prima oară la Drosophila de către Bridges, C.B., care a încrucișat un mascul
cu ochi de culoare albă (recesiv) și de forma ˝bar˝ (dominant) cu femele cu
ochi de culoare roșie (dominat) și de fomă rotundă (recesiv). Hibrizii F1 au
avut ochi de culoare roșie și de formă ˝bar˝ (caractere dominante), cu excepția
unui individ care avea ochii roșii și de formă rotundă (caracter recesiv).
Bridges consideră că acest individ a pierdut o porțiune dintr-un cromozom de
care era corelată însușirea ˝bar˝ sau porțiunea respectivă a trecut într-o stare
de inactivare. Acest fenomen a fost numit deficiență.
Deficiențe pot fi homozigote și heterozigote. Animalele cu deficiențe
homozigote nu sunt viabile. Deficiențele din cromozomii X ai sexului sunt
adesea letale, iar când apar în cromozomul Y la Drosophila , adesea sunt fără
efect genotipic. Deficiențele heterozigote la unele animale sunt letale.
Plantele cu deficiențe heterozigote nu supraviețuiesc, iar formele cu
deficiențe homozigote sunt extrem de rare deoarece gameții masculi transmit
mai rar deficiențe.
Deleția este o deficiență intercalară, adică pierderea unui segment de
cromozom din interiorul lui.
Deleția poate avea aceleași efecte ca și deficiența, dacă porțiunea de
cromozom pierdută are o importanță vitală, adică poate determina la gameți
letalitate sau sterilitate.
În momentul diviziunii reducționale, când are loc o împerechere între
un cromozom normal și altul aberant prin deleție, se formează un heterozigot
al deleției (figura 43).

150

Fig. 43. Schema împerecherii cromozomilor într-un heterozigot de deleție (sus) și într-un
heterozigot de inversie (jos): 1- cromozom normal; 2- omologul său cu segmentul b pierdut;
3- împerecherea; 4- cromozomul normal; 5- omologul său cu segmentul b,c,d inversat;
6- împerecherea; 7- metafaza; 8- anafaza meiozei (după Manoliu, M. și colab., 1965)

Duplicația este contrariul deleției și constă în dublarea unui segment
de cromozom în garnitura haploidă. Segmentl dublat poate fi un fragmet
centric sau un fragment de cromozom care este încorporat terminal sau
intercalar în cromozomul său omolog sau cel neomolog. Adesea, fragmentul
este încorporat în cromozomul omolog, pe lângă segmentul său identic. Deci,
unei deleții la un cromozom îi corespunde o duplicație la celălalt cromozom
din pereche.
Acest fenomen a fost observat de Bridges, C.B., (1919), în culturi de
Drosophila tratate cu raze X. Nu este ușor de stabilit acest tip de aberație
deoarece adeseori lipsește proba cariologică.
Din unirea unui gamet cu duplicație cu un gamet normal rezultă un
heterozigot de duplicație, care are o porțiune de cromozom în triplu exemplar.
Aceasta duce la pierderea omologiei dintre cromozomii perechilor respective
și la unele dificultăți privind conjugarea cromozomilor în meioză. În urma
duplicației gameții pot deveni sterili.
Inversia constă în ruperea unui segment dintr-un cromozom și
realipirea lui la același cromozom după o rotire de 180°. Astfel de aberații apar
la multe organisme, însă cele mai studiate au fost la Drosophila și la porumb.

151 Cercetări genetice asupra inversiunilor la porumb s-au efectuat prin studiul
sterilității polenului. Când au loc crossingoveri în segmenții inversați apare polen
steril. Cu cât segmentul inversat este mai mare și apar pe el mai mulți crossingoveri,
cu atât se va forma mai mult polen steril. Dacă segmentul inversat este scurt,
crossingoverul se va produce mai rar, deci se va forma mai puțin polen steril.
Autopolenizarea indivizilor heterozigoți prin inversii duce la
obținerea a 25 % plante homozigote normale, 50 % plante heterozigote prin
inversii și 25 % plante homozigote prin inversii. La ambele categorii de
homozigoți în meioză apar împerecheri cromozomice normale.
Translocația este o aberație cromozomală care constă în mutarea unui
segment dintr-un cromozom într-altul, omolog sau neomolog sau dintr-o
cromatidă într-o altă cromatidă soră sau omologă.
Primul exemplu de translocație a unui segment de cromozom la un
altul neomolog a fost descris pe bază genetică de către Brdges, C.B., (1923),
fără a putea dovedi cariologic ipoteza sa. Stern, L., după aceea prin cercetări
genetice și citologice în paralel, a reușit să arate că o parte a cromozomului Y
de la Drosophila se poate detașa și alipi la cromozomul X. În felul acesta a
obținut femele cu cromozomi X anormali.
Translocația este una dintre cele mai obișnuite restructurări
cromozomiale. Având în vedere aspectele caracteristice ale acestor aberații,
translocațiile joacă un rol important în deosebirea soiurilor și speciilor între ele.
Segmentările și realipirile segmentelor de cromozomi au loc în urma
fenomenului de crossingover dintre cromatidele aceluiași cromozom sau între
cromozomii omologi, precum și în urma unor segmentări provocate de cauze
naturale sau artificiale.
Sub aspectul poziției segmentelor care se schimbă în timpul
translocațiilor, acestea sunt de mai multe feluri: translocație simplă , când un
segment mic dintr-un cromozom este încorporat într-o poziție nouă în același
cromozom sau pe un alt cromozom. Astfel de translocații sunt rare, greu de
depistat și nu influențează întotdeauna unirea în perechi a cromozomilor în
timpul meiozei; translocație reciprocă este o formă mai frecventă și mai
evidentă. Ea constă într-un schimb de segmente mai mari între cromozomi
omologi sau neomologi. Părțile de cromozomi care își schimbă locul între ele
nu sunt totdeauna de aceeași mărime. Translocația reciprocă poate să aibă loc
și între cromatide omologe și neomologe.
Aberațiile cromozomale deranjează desfășurarea normală a diviziunii
reducționale, dacă organismul este heterozigot în ceea ce privește aberația,
adică pereche de cromozomi în acest caz este formată dintr-o formă normală
și una aberantă. Asemenea heterozigoți se numesc hibrizi structurali.
Cromozomii cu translocații complică diviziunea meiotică. De pildă,
când se împerechează cromozomii 1 și 2 normali cu cromozomii 3 și 4 la care

152 a avut loc o translocație reciprocă. La astfel de heterozigoți prin translocație,
în profaza meiozei când are loc împerecherea cromozomilor, segmenți i
omologi se asociază între ei formând o figură în formă de cruce. Numai sub
această formă este posibilă o împerechere exactă a omologilor pe întreaga
lungime a cromozomilor. Această configurație sub formă de cruce este
stabilă, dacă în toate cele patru perechi de segmenți a avut loc un schimb. Mai
târziu, în metafază, cromozomii se desfac într-un cerc deschis, în care
alternează cromozomii normali cu cei translocați. În cazul când nu au loc
chiasme, pe toate brațele cromozomilor, în loc de inele, în metafază, se
observă așezarea cromozomilor sub formă de lanț. În anafază se îndreaptă
spre fiecare pol câte un cromozom normal și unul translocat, rezultând gameți
cu duplicații și deficiențe, care sunt sterili. Uneori, inelul poate avea forma
cifrei 8. În acest caz, cromozomii normali vor migra toți către un pol, iar cei
translocați către polul opus. Gameții formați vor fi viabili deoarece fiecare a
primit toate cele patru segmente de cromozomi.
Apariția în metafaza meiozei a cromozomilor sub formă de inel sau
de 8 este întâmplătoare. De obicei, acești heterozigoți de translocație
formează 50 % gameți sterili și 50 % gameți fertili. O parte din gameții fertili
posedă garnitura normală de cromozomi, iar ceilalți gameți au aceleași
segmente ale cromozomilor normali, însă în poziții schimbate, datorită
translocației reciproce. Din combinație liberă în F1 a acestor gameți, va
rezulta în F2: 25 % indivizi homozigoți normali; 50 % indivizi heterozigoți
prin translocație reciprocă și 25 % indivizi homozigoți prin translocație
reciprocă. Indivizii homozigoți vor fi citologic normali și cor da în continuare
descendențe constante. În meioză, cromozomii acestora formează bivalenți.
Identificarea plantelor homozigote de cele heterozigote prin
translocație se face încrucișând pe acestea din urmă cu plante normale.
Hibrizii semisterili din F1 la care se observă cercuri cu 4 cromozomi în
meioză sunt forme homozigote prin translocație.
Indivizii heterozigoți prin translocație reciprocă încrucișați între ei vor
da în descendență cele trei categorii de indivizi. Ei se pot recunoaște prin
rezența în metafaza meiozei a cercurilor cromozomale caracteristice.
Identificarea indivizilor heterozigoți prin translocații reciproce se
face, la unele specii de plante, prin cercetarea viabilității polenului. Existența
unui procent de circa 50 % polen steril presupune o translocație. În unele
cazuri procentul de polen steril este mai mic. Această mărire a combinațiilor
viabile este condiționată de așezarea cromozomilor în matafaza meiozei.
Translocațiile sunt importante pentru că se folosesc ca indicatori
genetici și la stabilirea unor corelații între dateșle citologice și cele genetice,
la provocarea sterilității unor specii de pomi fructiferi, la efectuarea unor

153 încrucișări inverse unde heterozigoții prin translocație sunt semisterili și la
realizarea unor combinații care manifestă heterozis.
Fuziunea este fenomenul care are loc când 2 sau mai mulți
cromozomi își pierd individualitatea și se contopesc formând un cromozom
complex. Fuziunea poate fi temporară sau pentru un timp îndelungat. Ea poate
apărea în mod natural sau în urma inducției cu diferiți agenți mutageni. Un
exemplu de fuziune este cel descris de Seiler și Haniel (1921) la Lymantria
monacha, unde 4 cromozomi fuzionează într-un cromozom complex. Din cei
28 de cromozomi haplizi ai speciei amintite un cromozom este mai lung. Prin
unirea a doi gameți maturi rezultă un zigot cu 56 de cromozomi. După
fecundare, în plăcile nucleare ale blastodermului se văd 62 de cromozomi.
Faptul că gameții care rezultă din această operațiune au n=28 și nu n=31 se
explică prin fuziunea a 4 cromozomi mici într-un cromozom mare, între prima
și a doua diviziune reducțională.
Mutațiile genice și cromozomale se împart în: mutații intragenice și
extragenice. Se consideră că mutația este intragenică dacă nu se observă
restructurări cromozomale vizibile.
Mutațiile de genom – sunt corelate cu variațiile numerice în garnitura
cromozomală, care dau naștere fenomenului de poliploidie și aneuploidie.
Mutațiile de plastide . Pe lângă nucleu și plasma celulară are un rol
ereditar, îndeosebi cloroplastele. Renner, Q., (1934) a presupus că în plastide
se găsește localizată o substanță cu rol ereditar, numită plastom cu plastogene.
Acest plastom este de obicei, omogen și prin hibridare sau mutația plastidelor
poate deveni și heterogen. Mutațiile de plastide se exteriorizează prin apariția
de plante albinotice. Aceste mutații pot fi constante și reversibile.
Plasmomutațiile . Se știe că citoplasma are rol ereditar, așa că unele
caractere și însușiri se pot transmite pe această cale. Unii geneticieni, prin
analogie cu genele din nucleu, au presupus existența în citoplasmă a unor
unități ereditare numite plasmogene. Totalitatea caracteristicilor ereditare
transmise prin plasmă formează așa-zisul plasmon, între genom și plasmon
fiind o legătură strânsă. Plasmonul poate fi și el afectat de mutații care se
numesc plasmomutații.
Cauzele mutațiilor și frecvența lor
Cauzele care determină mutațiile pot fi diverse. Hugo de Vries
susținea că mutațiile se datorează unor influențe ale mediului exterior, care
nu ar face decât să determine începutul unei perioade de mutații. Deci, natura
mutațiilor nu ar depinde în niciun caz de natura agenților exteriori, ci numai
de unele schimbări care au loc în celulele sexuale, schimbări care apar sub

154 influența unor cauze interne necunoscute. După această teorie nu se poate
explica fenomenul de adaptare a organismelor vii la condițiile de viață și ar
trebui să acceptăm fenomenul de preadaptare.
Cercetări ulterioare au arătat că mutațiile sunt determinate atât de
factorii mediului natural, cât și de unii factori artificiali. Cercetându-se
frecvența mutațiilor naturale s-a constatat că cele mai multe dintre ele sunt
cauzate de acțiunea radiațiilor naturale ca: razele cosmice, a căror acțiune
sporește pă măsură ce crește altitudinea; radioactivitatea pamântului
determinată de prezența unor elemente radioactive, precum: uraniu, thoriu,
radiu, samariu, etc.; gazul radon din atmosferă, provenit din dezagregarea
uraniului; radiațiile unor elemente, cum sunt carbonul și potasiul din corpul
plantelor și animalelor, care au izotopi radioactivi în stare naturală (K40 are
influență puternică chiar la o doză de 0,002 r).
Temperatura joacă și ea un rol de seamă în producerea de mutații
naturale, mai ales atunci când trece peste limitele normale ale variației, ceea
ce explică existența unui număr mare de mutații în anumite regiuni ale
globului, îndeosebi în regiunile muntoase și polare. Sărurile minerale din sol
în exces pot provoca apariția de mutații naturale.
Frecvența mutațiilor naturale este foarte variabilă fiind dependentă de
un complex de factori. Dificultatea de a cuprinde în cifre exacte această
frecvență este determinată adesea de mijloacele de investigație folosite, care
nu permit observarea mutațiilor mici, îndeosebi cele referitoare la însușirile
fiziologice sau biochimice ale individului.
În general, se apreciază că frecvența mutațiilor naturale este de 0,01-
1,0 %. Morgan, T.H. și Baur, E., susțin că apar în medie 2‰ mutații spontane.
După Müller, H.J., frecvența medie a mutațiilor unei gene la Drosophila este
egală cu aproximativ 1 la 100 000 – 1 la 1 000 000 de celule într-o generație.
În afară de condițiile de mediu, frecvența mutațiilor mai depinde și de
natura eredității organismului. Astfel, cercetările lui Hayes, H.K. și
Brewbaker, H.F., (1924) cu privire la apariția mutației care provoacă absența
clorofilei la Zea mays , au arătat că în timp ce la soiul Minnesota au apărut
mutații la 39,4 % din liniile studiate, la soiul Longfelow, au apărut 11 %, iar
la soiul Dent numai 7 %.
Frecvența mutațiilor variază în funcție de specie. La Drosophila
melanogaster frecvența este de 1 mutant la 10 000 de indivizi; la Leptinotarsa
decemlineata 1 mutant la 6 000 de indivizi, iar la Antirrhinum majus ,
frecvența este de 1 mutant la 20 de indivizi (Manoliu, M. și colab., 1965).
Numărul de mutații care se acumulează în celule este uneori
proporțional cu vârsta celulelor; însă, apar în mod obligatoriu cu aceeași
frevență. În semințele plantelor de Antirrhinum majus păstrate timp de 5-10
ani, Stubbe, H., a obținut următoarele procente de mutații: vârsta semințelor

155 5 ani – 1,5 % mutații; 6 ani – 2,96 %; 7 ani – 5,25 %; 8 ani – 5,06 %; 9 ani –
6,05 %; 10 ani – 14,04 %. Această dependență a frecvenței mutațiilor față de
vârsta celulelor se explică pornind de la premisa că factorii mutageni
acționează continuu asupra celulelor și cumulează treptat modificări
metabolice.
Müller și Lamy au arătat că frecvența mutațiilor letale corelate de sex
la femelele de Drosophila , variază în diferite stadii de dezvoltare a celulelor
sexuale. Wagner, P.R. și Mitchell, H.K., susțin că la Drosophila , frecvența
mutațiilor în toate celulele organismului, în cursul ciclului vital, nu este
constantă, ci ea variază nu numai de la un stadiu la altul, ci și în limitele unui
stadiu. Zamehhof, S. și alți geneticieni au constatat că la bacterii există o
corelație între frecvența mutațiilor și numărul de diviziuni celulare.
Frecvența mutațiilor depide și de caracterul sau însușirea care se
manifestă deoarece fiecare are un conservatorism diferențiat. Astfel, Baur, E.,
(1930) a constatat că la Antirrhinum majus mutația de tip crispa a apărut de
mai multe ori, în timp ce mutațiile de tip pallida și unicolor au apărut de mai
puține ori.
Cunoscându -se complexul de factori care favorizează apariția
mutațiilor naturale, s-a încercat provocarea modificărilor bruște în condiții de
laborator. Astfel, s-a constatat că frecvența lor crește atunci când se folosesc
mijloace artificiale. În acest sens, pentru provocarea lor se folosesc diferiți
factori fizici și chimici.
8.2. Factorii mutageni și modul lor de acțiune
Cercetări pentru inducerea artificială a mutațiilor necesare procesului
de ameliorare s-au extins după anul 1950. Până în prezent s-a reușit
provocarea de mutații utilizându-se o serie de factori mutageni, dintre care cei
mai utilizați sunt: radiațiile ionizante și neionizante, unele sunstanțe chimice
și variațiile de temperatură.
Radiațiile ionizante. Dintre metodele de provocare a mutațiilor,
rezultate bune s-au obținut prin iradierea organismelor cu diferite radiații
ionizante. Acestea cuprind radiațiile electromagnetice (razele Roentgen – X,
razele gamma – ᵞ) și radiațiile corpusculare deterinate de razele ᵝ, protoni,
neutroni rapizi și lenți, razele α și diferite particule grele.
Razele Roentgen (X) au o lungime de undă uzuală cuprinsă între
100Ǻ și 0,06Ǻ și sunt cele mai frecvent folosite pentru inducerea de mutații
din următoarele considerente: sunt accesibile, folosind în acest scop aparatele
Roentgen de la instituțiile medicael; se pot aplica semințelor și altor organe
mici ale plantelor; dozarea lor se face ușor; aparatul se poate manipula de la
distanță, pericolul de iradiere a personalului este minim.

156 Razele gamma (ᵞ) sunt produse de radiu sau radon și au o lungime de
undă cuprinsă între 1,4Ǻ și 0,005Ǻ; acestea sunt mai penetrante decât razele
X. Pentru iradierea plantelor în câmp cu raze gamma se folosește ca sursă
cobaltul radioactiv (Co60). Printr-o iradiere de lungă durată s-au provocat
multe mutații la plantele care se înmulțesc pe cale vegetativă.
Razele beta (ᵝ ) se compun din particule cu sarcină negativă (din
electroni) și au o viteză de peste 270 000 km/s. Ca sursă de raze beta pentru
inducerea de mutații se folosesc radioizotopii fosforului (P32) și ai sulfului
(S35). În acest scop semințele germinate se scufundă în soluție de fosfor sau
sulfat radioactiv. Având în vedere acțiunea dăunătoare a razelor beta asupra
experimentatorului, trebuie să se ia măsuri de protecție. Acest pericol
limitează folosirea razelor beta pentru inducerea de mutații artificiale.
Neutronii sunt particule care rezultă din dezintegrarea atomilor unor
elemente cu ajutorul reactorilot atomici și a ciclotronilor. Neutronii pătrunși
în țesuturile unui organism se ciocnesc cu cucleele atomice care încep să
emită protoni cu acțiune ionizantă. neutronii lenți se înglobează în nucleele
atomilor cu care se ciocnesc, astfel că aceștia devin radioactivi.

Modul de acțiune al radiațiilor ionizante
Un prim efect pe care îl re acest tip de radiații asupra țesuturilor
organismelor este ionizarea lor. Această ionizare se produce astfel: datorită
energiei mari ce o posedă radiațiile ionizante, la întâlnirea lor cu un atom,
smulg din învelișul lui electronic, un electron. Atomul, care a pierdut acest
electron cu sarcină negativă, rămâne cu o sarcină pozitivă în nucleu, devenind
astfel un ion pozitiv. Electronul desprins, primind o energie cinetică
însemnată, se deplasează cu mare viteză prin substanță cedând treptat în
cantități nu prea mari, energia sa, ionizând o serie de atomi. Atomul căruia i
se atașează acest electron capătă sarcină negativă, devenind un ion negativ.
Sunt și cazuri când ciocnirea electronilor cu atomii nu produce ionizare, ci
numai o activare a atomului, adică o deplasare a unui electron de pe o orbită
pe alta în cadrul aceluiași nucleu.
Rezele X și gamma produc o inozizare indirectă, iar sub acțiunea
radiațiilor corpusculare ionizarea se produce direct.
Pe lângă acțiunea de ionizare, radiațiile ionizante determină variații de
temperatură și unele modificări chimice în moleculele țesutului. Energia pe
care o transmit aceste radiații este, de regulă, mai mare decât energia legăturii
chimice. Acest fapt duce la scindarea moleculei în radicali liberi. Cea mai
mare parte a energiei radiațiilor absorbită de organisml viu, va fi folosită
pentru ionizarea apei, care este o componentă principală a organismelor vii.
Cu această ocazie se formează radicalii liberi H* și OH*, care nu sunt identici
cu ionii H+ și OH¯. În prezența oxigenului molecular dizolvat în apă, radicalul

157 H* + O 2 dă HO 2*. Prin condensarea acestuia rezultă perhidrol și oxigen liber:
2HO2* →H2O2 + O2. În felul acesta se modifică mediul apos în care se găsesc
toate moleculele complexe ale biosubstratului și de care ele sunt strâns legate.
Potențialul oxidativ al mediului crește foarte mult pe seama radicalilor
OH*, H* și HO 2*. Astfel, devine posibilă apariția unor reacții ale substratului,
inexistente în oorganismul normal, care determină la rândul lor modificări
morfofiziologice în fenotipul organismului respectiv.
Cele menționate explică de ce la aceeași doză de radiații ionizante,
efectele mutagene sunt mai mari la semințele umectate și la țesuturile în
creștere, care au mai multă apă decât semințele uscate.
Cercetări ulterioare au arătat că radiațiile produc tulburări și în
procesul de sinteză a ADN-ului.
Prin iradierea celulelor vegetale s-au obținut pe lângă mutații genice
și mutații extragenice, determinate de segmentări ale cromozomilor, care duc
la rândul lor la apariția de inversii, translocații, deleții și chiar la pierderea
unor cromozomi întregi. Iradierea celulelor poate conduce și la distrugerea
plastidelor.
Frecvența mutațiilor obținute prin acțiunea radiațiilor depinde de tipul
radiațiilor, doza care se administrează și diferiți factori de mediu.
Doza radiațiilor ionizante
Dozele care acționează asupra țesuturilor se măsoară cu roentgenul (r)
pentru razele X și gamma. Un roentgen reprezintă cantitatea de radiații
capabile să producă 2,08×109 perechi de ioni în 1 m3 de aer la 0 °C și la o
presiune atmosferică de 760 mm mercur. În apă și în țesuturile iradiate cu o
doză de 1r la 1 micron3 apar aproximativ două ionizații.
În
general, se poate afirma că între doza de iradiere și apariți a
mutațiilor genice se găsește o proporționalitate directă, însă numai la doze
mici. La doze mai mari frecvența mutațiilor nu crește proporțional, ci poate
chiar să scadă. Frecvența rupturilor de cromozomi este proporțională cu doza
razelor ionizante. Frecvența restructurărilor cromozomale care se obțin prin
unirea capetelor rupte în noi combinații, crește cu doza razelor Roentgen, însă
nu liniar.
Toate razele ionizante provoacă mutații și rupturi de cromozomi. Deși
eficacitatea lor este diferită, totuși ea este determinată și de intensitatea
radiațiilor ionizante. Radiațiile cu intensitate mare provoacă ionizații la un
anumit ordin, în timp ce radiațiile mai aspre provoacă o ionizare care variază
în limite mai largi.
Dozele mari de radiații ionizante provoacă pieirea organismelor
iradiate datorită intoxicării lor cu produse de descompunere. Dozele mici,
adesea, inhibă creșterea și dezvoltarea plantelor, provocând modificarea

158 diferitelor însușiri fiziologice și morfologice, anatomice și citologice, dând
naștere la modificări noi și mutații. De asemenea, dozele mici, în anumite
condiții, au o acțiune de stimulare a creșterii și dezvoltării plantelor, ceea ce
prezintă interes teoretic și practic.
Celulele diploide sau poliploide sunt mai rezistente la acțiunea razelor
penetrante decât cele haploide, iar gradul lor de rezistență crește paralel cu
gradul de poliploidie.
Pentru stabilirea dozei optime de iradiere trebuie făcute în prealabil
experiențe de tatonare deoarece efectul iradierii este condiționat de natur a
organismului, de anumite însușiri fiziologice ale acestuia și de condițiile
mediului înconjurător.
Pentru unele specii agricole s-au determinat dozele optime și letale de
iradiere: pentru grâu și ovăz – 15-20 Kr doza optimă; pentru orz și secară –
10-15 Kr doza optimă și 25 Kr doza letală; pentru mazăre – 5-7 Kr doza
optimă și 8-12 doza letală; pentru fasole – 8 Kr doza optimă și 10-12 Kr doza
letală; pentru tomate – 30-40 Kr doza optimă și 45 Kr doza letală.
Radiațiile neionizante. Din această categorie fac parte razele
ultraviolete. Ele au o lungime de undă cuprinsă între 135Ǻ și 4000Ǻ. Pentru
obținerea lor se folosesc lămpi de cuaț cu vapori de mercur sau lămpi de neon
la presiune joasă. Razele ultraviolete neavând acțiune ionizantă, intensitatea
lor se măsoară în ergi pe cm2.
Acțiunea mutagenă a lor scade odată cu mărirea lungimii de undă.
Efectul genetic maxim este produs la o lungime de undă de 2600Ǻ, care
coincide cu spectrul de absorbție al acizilor nucleici, îndeosebi ADN-ul, care
după cum se știe are rol important în ereditate.
Razele ultraviolete provoacă modificări numai prin excitarea
moleculelor din substanța care le absoarbe. Substanțele care nu absorb această
categorie de raze nu suferă modificări chimice și în consecință nici schimbări
genetice. Chiar și atunci când se obțin modificări ca rezultat al acțiunii razelor
ultraviolete ele sunt mai reduse decât în cazul radiațiilor ionizante. De
exemplu, aberațiile cromozomale sunt mai reduse în cazul tratamentului cu
raze ultraviolete. Sub aspectul efectelor biologice produse de razele
ultraviolete se constată o similitudine cu cele observate la mutațiile naturale.
Aceasta este posibil având în vedere că intensitatea razelor ultraviolete
naturale este destul de mare,, îndeosebi în regiunile de munte unde de fapt
este și frecvența cea mai mare a mutațiilor naturale.
Acțiunea mutagenă și letală a razelor ultraviolete este explicată și prin
descompunerea acizilor nucleici în interiorul celulei.
Razele ultraviolete, din cauza slabei lor puteri penetrante, se folosesc
mai puțin pentru inducerea de mutații artificiale. Cele mai bune rezultate s-au

159 obținut prin iradierea polenului la Zea mays (Stadler, L.J., 1941) și la
Tradescantia (Lovelance, R., 1954).
Substanțele chimice mutagene . Încă din anul 1943, Oehlkers, F.,
folosind un amestec de etiluretan și clorură de potasiu, a obținut translocații
la Oenothera. În anul 1946, cercetările lui Auerbach, C. și Robson, M.I., au
arătat că prin aplicarea de substanțe chimice asupra unor plante sau animale
se pot obține mutații ca și prin aplicarea radiațiilor ionizante. Prin tratarea
Drosophilei melanogaster cu iperită, ei au provocat mutații letale legate de
sex. Cercetări ulterioare au arătat că lista substanțelor chimice capabile să
provoace mutații la plante este foarte lungă.
Eficacitatea mutagenă a substanțelor chimice este determinată de mai
mulți factori, cum sunt: natura oragnismului, starea fiziologică a plantelor,
concentrația, modul de aplicare, timpul de tratament, temperatura și alte
condiții ale mediului înconjurător. De exemplu, apa oxigenată provoacă
mutații la bacterii și Neurospora și nu are acțiune evidentă asupra
cromozomilor plantelor.
Heslot, H., (1960) lucrând cu Hordeum vulgare a obținut 14,6 %
mutații în urma tratamentului cu sulfat etil și 50,4 % cu metan sulfonatul de
etil, ceea ce înseamnă o mărire a frecvenței naturale a mutațiilor d e circa 1000
ori. Aceleași substanțe chimice aplicate altor plante nu au dat aceleași
rezultate.
În multe cazuri, prin tratarea organismelor cu diferite substanțe
chimice se obțin rezultate negative. Acestea se pot explica prin faptul că
eficacitatea lor nu s-a încercat în toate stadiile de dezvoltare ale organismului
respectiv, ci numai într-o anumită perioadă a ciclului vital considerată mai
sensibilă, fără a reuși să se depisteze cea mai sensibilă.
În afară de aceasta, efectul substanțelor chimice mutagene este
condiționat și de capacitatea lor de a pătrunde în celulele diferitelor organisme.
Sunt cazuri când unele substanțe se pot descompune sub acțiunea fermenților
activi, înainte ca ele să fi provocat o mutație. De aceea aceste substanțe trebuie
încercate în diferite condiții de mediu și stadii ale ciclului vital.
În urma descoperirii mutagenilor chimici s-au scimbat și unele păreri
despre procesul mutațional. Inițial, domina pă rerea că materialul genetic este
atât de stabil încât pentru a provoca mutații trebuie acționat asupra lui cu
cantități foarte mari de energie deoarece se considera că acest material este
apărat de materialul negenic din jurul lui. Apoi, s-a constatat că acest material
genic nu este mai rezistent decât orice combinație chimică și că diferite
combinații chimice din celulă pot să provoace mutații.
Mutațiile morfologice provocate de substanțele chimice sunt mai
reduse decât cele obținute cu ajutorul radiațiilor ionizante, cel puțin asupra

160 cromozomilor. Ele pot fi totuși asemănătoare cu mutațiile care apar natural și
sub acțiunea razelor ultraviolete.
Mutațiile pot apărea în celula vie și sub influența produșilor metabolici
proprii care reacționează cu materialul ei genic. De exemplu, uleiul extras din
semințele vechi de mahorcă, determină mutații la semințele proaspete.
Variațiile de temperatură. Influența temperaturii asupra frecvenței
mutațiilor s-a studiat îndeosebi la Drosophila. În cazul când musculițele s-au
dezvoltat
la temperatura de 15 °C s-a mărit și frecvența mutațiilor. Prin
tratarea larvelor de 3 zile de Drosophila cu temperaturi de 36-38 °C, timp de
12-14 ore, frecvența mutațiilor letale și vizibile a crescutr de două ori.
Temperaturile extreme pot acționa asupra organismului în tot ciclul de
dezvoltare sau numai pe perioade scurte de timp, prin șocuri de temperatură.
Mutațiile obținute prin ambele metode se deosebesc între ele. Influența
temperaturii asupra materialului genetic este complexă deoarece se află în
corelație cu o serie de procese fizice, chimice și fiziologice.
Importanța mutațiilor pentru ameliorare
Mutațiile naturale prezintă mare însemnătate deoarece ele determină
caractere și însușiri bine adaptate la condițiile de mediu. Având însă o
frecvență mică, pentru detectarea lor este necesar să se examineze un număr
foarte mare de indivizi, folosind în acest scop metode rapide de examinare.
Mutațiile artificiale au valoare mai redusă pentru ameliorare deoarece
cele mai multe dintre ele reprezintă anomalii. Modificările stabile produse în
celulele sexuale prin iradiere exercită o acșțiune dăunătoare asupra zigotului
provenit din gameți iradiați, ceea ce scade vitalitatea, stagnează creșterea,
provoacă sterilitatea și chiar moartea organismului.
Pe baza selecției mutantelor, cele care se dovedesc productive, de
calitate superioară, cu însușiri fiziologice prețioase pot servi direct la
obținerea de noi soiuri. Mutantele sunt mai puțin productive, însă au unele
însușiri fiziologice valoroase, de aceea pot fi folosite ca genitori.
La animale, mutațiile sunt de nedorit, pentru că ele reprezintă forme
anormale, degenerate și cu producție slabă. Unele mutații, care nu sunt prea
dăunătoare organismului, pot fi folosite ca punct de plecare în crearea unor
rase fanteziste. Multe din rasele actuale de câini au pornit de la astfel de
mutante.
Până în prezent au fost obținute numeroase rezultate importante pentru
practica agricolă.

161 IX. POLIPLOIDIA. ANEUPLOIDIA. HAPLOIDIA
Numărul cromozomilor (2n) din celulele somatice în diviziunea
constituie un caracter morfologic relativ constant și de aceea servește pentru
recunoașterea speciilor. La multe grupe sistematice de plante, numărul de
cromozomi varaiază, dar este un multiplu al unui număr de bază X. De
exemplu: genul Triticum are specii cu 2n=14 ( T. monococcum ), cu 2n=28 ( T.
durum), cu 24=42 (T. aestivum ). Numărul de bază X=7, iar numărul de
cromozmi este un multiplu al acestuia.
La unele genuri numărul de bază X poate avea valori diferite ( Papaver
X=7 și Brassica X=9 și 10).
Celulele care provin în urma diviziunii reducționale (celulele sexuale)
au numai jumătate din numărul de cromozomi caractersitic celulelor
somatice, deci gameții conțin câte unul din cromozomii omologi, de aceea
sunt numiți haploizi. Această garnitură de cromozomi se notează cu n.
Trebuie menționat că nu totdeauna numărul de bază al cromozomilor, X, este
egal cu numărul cromozomilor din gameți, n. Astfel, în cazul speciei Triticum
monococcum , X=7 și n=7, în timp ce la Triticum astivum și Avena sativa ,
X=7, iar n=21.
Organismele care au în celulele somatice un număr de cromozomi care
reprezintă un multiplu al numărului de bază se numesc poliploide . Revenind
la exemplele date din genul Triticum, specia T. monococcum cu 2n=14 este
specia diploidă, pentru că are un număr de cromozomi egal cu de două ori
numărul de bază X (2×7=14); specia T. durum cu 2n=28 este tetraploidă
pentru că garnitura de cromozomi X este de 4 ori numărul de bază X, iar T.
aestivum este hexaploid pentru că 2n=42, ceea ce reprezintă de 6 ori numărul
de bază X (6×7=42).
Pe baza acestui criteriu, în natură pot apărea celule și organisme:
haploide (x), diploide (2x), triploide (3x), tetraploide (4x), pentaploide (5x),
hexaploide (6x), heptaploide (7x), octoploide (8x), nonaploide (9x),
decaploide (10x), etc.
Poliploidia apare atât în nucleii celulelor somatice, cât și în gameți.
Existența celulelor poliploide apărute depinde de vitalitatea lor; dacă sunt în
număr mic și au vitalitate redusă, atunci ele vor fi copleșite de celuele
normale, iar dacă celulele poliploide se înmulțesc mai viguros decât cele
normale, organismul întreg va deveni un poliploid (mai ales dacă poliploidia
a apărut într-un stadiu ontogenetic mai puțin înaintat).
Pot fi întâlnite și cazuri când celulele poliploide se înmulțesc paralel
cu cele normale formând sectoare poliploide.
Când se unesc gameți cu un număr mare de cromozomi, se obține
dintr-o dată o descendență poliploidă.

162 Celulele poliploide în țesuturi normale diploide au fost observate de
Nemec în umflăturile produse de înțepăturile insectelor la Beta maritima .
Calusul care se formează în jurul rănilor prezintă, de asemenea, multe celule
poliploide. Navașin, S.G., a găsit la specia Crepis tectorum (x=4) o celulă cu
500 de cromozomi, față de x=125. Celule poliploide au fost observate și în
țesuturile normale diploide de la Drosophila .
Gaitler, Breslaveț și alții au descoperit că în corpul angiospermelo r
sunt multe țesuturi poliploide, ca: celulele care căptușesc anterele înainte ca
acestea să-și îndeplinească funcția legată de dezvoltarea grăunciorilor de
polen, celulele din care se dezvoltă vasele de protoxilen, scoarța primară a
rădăcinii, parenchimul aerifer al frunzelor, unele țesuturi ale ovarelor, etc.
Formele poliploide se pot împărți în două categorii: forme
autopoliploide și forme alopoliploide , care se comportă diferit atât citologic,
cât și genetic. Această denumire a fost dată de Kihara, H. și Ono, T., (1926).

Autopoliploidia . Formele autopoliploide sunt acelea care iau naștere
în urma multiplicării aceleiași garnituri cromozomale de bază a unei specii,
în care caz omologia între garnituri rămâne neschimbată.
Multiplicarea garniturii cromozomale apare ca urmare a diferitelor
tulburări survenite în mersul normal al meiozei și mitozei, cum ar fi:
– în urma diviziunii de reducere cromozomală, în loc să se formeze
gameți cu număr de cromozomi redus la jumătate față de celulele somatice
(n), se formează gameți cu același număr de cromozomi ca și celulele
somatice (2n). Dacă acest gamet diploid se unește în procesul fecundării cu
un alt gamet tot diploid, va rezulta un descendent tetraploid (4n). În cazul
unirii unui gamet diploid cu unl haploid normal se formează un organism
triploid;
– în procesul de mitoză se poate ca după dedublarea cromozomilor,
aceștia să nu se îndrepte către cei doi poli ai celulei pentru a forma două celule
fiice, ci formează o singură celulă cu număr dublu de cromozomi (4n), adică
o celulă tetraploidă. Astfel de celule pot forma la rândul lor țesuturi și organe
tetraploide. Dacă se formează o ramură tetraploidă, aceasta la înflorire va
forma gameți diploizi. Unirea între astfel de gameți diploizi în urma
autopolenizării va da naștere unei descendențe tetraploide.
În cazul când astfel de diviziuni celulare somatice anormale au loc în
primele etape ale diviziunii zigotului se formează organisme tetraploide.
Plantele autopoliploide se împart la rândul lor în artioploide, când
numărul garniturilor cromozomale este par (2x, 4x, 6x, 8x, 10x, etc.) și
perisoploide, când numărul garniturilor cromozomale este impar (3x, 5x, 7x,
9x, etc.).

163 La formele autopoliploide de tip a rtioploid, fiecare cromozom are un
partener cu care se poate împerechea în meioză, așa că la autotetraploizi,
autohexavalenți, autooctoploizi, etc., meioza decurge în mod normal,
deoarece polivalenții au un număr cu soț de cromozomi. De exemplu, la un
autotetraploid, fiecare cromozom are câte 4 exemplare omologe. În acest caz
mersul meiozei este normal, deoarece fiecare cromozom se poate împerechea
fie cu unul, fie cu trei omologi. În primul caz, rezultă în meioză cromozomi
bivalenți, iar în al doilea caz, rezultă cromozomi tetravalenți. În ambele
cazuri, cromozomii se pot repartiza în mod egal la cei doi poli ai fusului
nuclear. La unele organisme autotetraploide predomină formarea de bivalenți,
la altele formarea de tetravalenți, iar la altele ocupă un loc intermediar.
Nu întotdeauna asocierea cromozomilor se face așa de regulat, fiind
cazuri când pe lângă forme bivalente, mai apar și forme univalente și
trivalente, etc. De exemplu, la Hordeum bulbosum cu n=14, pe lângă celule
cu 7 cromozomi s-au identificat toate combinațiile posibile între tetra-, tri- ,
bi- și univalenți, ceea ce determină un oarecare grad de sterilitate.
La formele autopoliploide de tip perisoploid , precum formele
autotriploide, autopentaploide, etc., meioza nu mai decuge normal, pentru că
devine imposibilă repartizarea regulată și egală a cromozomilor la cei doi poli.
La desperecherea trivelenților, la un pol se îndreaptă doi cromozomi,
iar la celălalt pol, numai un cromozom, dând naștere la gameți cu un număr
inegal de cromozomi, care adesea sunt sterili. De aceea, astfel de plante se
pot menține și înmulți numai dacă se pot reproduce vegetativ.
Specii autopoliploide se găsesc la genurile: Solanum, Medicago,
Fragaria, Rosa, Primula, Datura, Crysanthemum, Aconitum, Aesculus,
Prunus, Salix , etc. Varietăți autopoliploide se găsesc și la: Phleum pratense,
Festuca alntior, Festuca ovina, Poa pratensis, rubus idaeus .
Alopoliploidia . Formele alopoliploide sunt poliploizii care apar în
urma hibridării între specii și la care nu există niciun fel de omologie între
garniturile cromozomale. Deoarece numai hibrizii pot avea genomuri
neomogene, alopoliploidia se poate defini și ca o poliploidie la hibrizii
proveniți din încrucișarea formelor cu genomuri diferite.
Multiplicarea genomurilor cromozomale la formele alopoliploide
rezultă din încrucișarea formelor autopoliploide sau prin dublarea, triplarea,
etc. garniturilor cromozomale a hibrizilor îndepărtați (între specii sau genuri).
În primul caz, la formele alopoliploide care apar în urma încrucișării dintre
formele autopoliploide, câteva exemple de hibrizi interspecifici a căror
descendență este poliploidă pot fi:

164
Nr.
crt. Genitorii Numărul de
bază X Hibrizii
1 Nicotiana sylvestris (n=12) x N. tabacum (n=24) 12 2n=36
2 Drosera longifolia (n=20) x D. Rotundifolia
(n=10) 10 2n=30
3 Prunus domestica (n=24) x P. cerasifera (n=8) 8 2n=32
4 Papaver nudicaule (n=7) x P. radiatum (n=35) 7 2n=42
5 Fragaria bractiata (n=7) x F. virginiana (n=28) 7 2n=35
6 Triticum spelta (n=21) x T. monococcum (n=7) 7 2n=28
7 Triticum monococcum (n=7) x T. turgidum (n=14) 7 2n=21
8 Triticum durum (n=14) x T. aestivum (n=21) 7 2n=35

Descendențele poliploide menționate sunt alotriploide,
alopentaploide, alotetraploide și alohexaploide. Alotriploizii, alopentaloizii,
aloheptaploizii sunt, în general, sterili ca și autopoliploizii de tip perisoploid,
datorită repartiției inegale a cromozomilor în gameți. Speciile triploide
existente în natură, ca Rubus andrewsianus, Eupatorium glandulosum,
Erigeron annuu s și altele se mențin pentru că se înmulțesc pe cale asexuată
(apogamie).
Alotetraploizii, aloxexaploizii, alooctoploizii, etc. Prezintă un grad
diferit de fertilitate, determinat de înrudirea dintre speciile care se
încrucișează. Cu cât speciile sunt mai îndepărtate, cu atât gradul de fertilitate
va fi mai mic.
Unele specii de plante cultivate sunt alopoliploizi naturali, precum:
Triticum aestivum (2n=42), T. durum (2n=28), T. aest. ssp. spelta (2n=42),
Avena sativa (2n=42), Nicotiana tabacum (2n=48), Brassica napus (2n=38),
Gossypium hirsutum (2n=52), Prunus sp . (2n=16, 24, 32, 48), Fragaria
grandifolia (2n=56), Saccharum officinarum (2n=80) și altele.
Unele forme alopoliploide sunt sterile. Formele alopoliploide care în
urma autodublării devin fertile se numesc amphidiploizi . Dublarea
genomurilor se poate face fie în celulele somatice, în generația întâia, fie în
gameți, datorită lipsei reducerii cromozomale la părinți sau la generația întâia.
Lipsa reducerii cromozomale poate avea loc atât la ambele sexe, cât și la un
singur sex. Astfel, apar forme noi de plante care însumează numărul de
cromozomi somatici ai ambelor specii genitoare.
Numeroase cazuri de forme amphiploide pot fi menționate:
– prin dublare somatică în F1:
Primula floribunda (♀) (n=9) x P. varticillata (♂) (n=9) – P. kewensis
(2n=36);
Nicotiana alutinosa (♀) (n=12) x N. tabacum (♂) (n=24) – N. digluta
(2n=72);

165 Solanum nigrum (♀) (n=36) x S. luteum (♂) (n=24) – amphidiploid
(2n=120);
Brassica napus (♀) (n=18) x B. campestris (♂) (n=10) – amphidiploid
(2n=56).
– Prin lipsa reducerii cromozomale la ambele sexe în F1:
Raphanus sativus (♀)(n=9) x Brassica oleracea (♂)(n=9) – Raphano-
brassica (2n=36);
Aegipols ovata (♀)(n=14) x Triticum durum (♂)(n=14) –
Aegilotriticum (2n=56);
Triticum dicoccoides (♀)(n=14) x Aegipols ovata (♂)(n=14) –
amphiploid (2n=56);
Triticum aestivum (♀)(n=21) x Secale cereale (♂)(n=7) – Triticale
(2n=56);
Triticum durum (♀)(n=14) x T. monococcum (♂)(n=7) –
amphidiploid (2n=42);
Phleum pratense (♀)(n=7) x Ph. a lpinum (♂)(n=14) – amphidiploid
(2n=42);
Triticum turgidum (♀)(n=14) x Haynaldia villosa (♂)(n=7) – T.
turgidovillosum (2n=42) .
– Prin lipsa reducerii cromozomale la polen:
Chrysanthemum (♀) (n=9) x Ch. japonese (♂) (n=27) – amphidiploid
(2n=63);
Euchlena perennis (♀) (n=20) x Zea mays (♂) (n=10) – amphidiploid
(2n=40).
– Prin lipsa reducerii cromozomale la ovul:
Nicotiana tabacum (♀) (n=24) x N. sylvestris (♂) (n=12) –
amphidiploid (2n=60);
Rubus rusticans (♀) (n=7) x R. thyrsiger (♂) (n=12) – amphidiploid
(2n=26).
La hibrizii îndepărtați, numiți genomohibrizi, se găsesc unite într-un
singur organism genomuri neomologe, de aceea cromozomii, la împerechere
nu identifică partenerii sinaptici. De aici reiese că la meioză, rapartizarea
cromozomilor la cei doi poli ai fusului nuclear se face neregulat, rezultând
gameți sterili. Prin dublarea numărului de cromozomi la această categorie de
hibrizi, fiecare cromozom va avea câte un partener omolog cu care se poate
împerechea, iar meioza poate să decurgă la fel la la plantele diploide. În urma
poliploidizării, genomohibrizii devin fertili.
După felul cum are loc împerecherea cromozomilor, descendența unui
amphidiploid poate fi uniformă sau neuniformă. Va rezulta o descendență
uniformă când se împerechează numai cromozomii omologi proveniți de la
același părinte, fenomen numit de Ljundahl, H., autosindeză (figura 44 a). Se

166 formează deci un singur fel de gameți. Generația F1 ca și generațiile
următoare vor fi identice, iar amphiploidul devine o formă constantă. Va
rezulta o descendență neuniformă când se împerechează cromozomii unii
părinte cu ai celuilalt părinte, fenomen denumit alosindeză (figura 44 b). În
consecință se formează gameți diferiți. În acest caz generația F2 nu va mai fi
identică cu F1, ci va segrega în proporții diferite.

Figura 44. Schema împerecherii cromozomilor la hibrizii amphidiploizi: a- autosindeză; b-
alosindeză; c- asindeză (după Manoilu, M. și colab., 1965)

Modul de apariție a unor amphidiploizi .
Când ambii părinți au același număr de cromozomi se fac încrucișări
specifice. De exemplu, specia Primula kewensis a fost descoperită în anul
1900, între plantele de Primula floribunda și s-a constatat că este un hibrid
natural între speciile P. floribunda (♀) și P. verticillata (♂). Ambii părinți au
n=9, iar hibridul 2n=18 cromozomi a manifestat o sterilitate completă. Digby,
L., (1905) a făcut autopolenizarea mai multor inflorescențe de la această
specie, din care una a devenit fertilă. Descendenții acelei plante au pus bazele
speciei tetraploide, P. kewensis , care formează adesea gameți cu n=18 și
celulele somatice cu 2n=36. Tetraploidul P. kewensis a reprezentat primul caz
cunoscut când prin hibridare între două specii s-a obținut un hibrid cu un
număr de cromozomi 2n egal cu suma cromozomilor haploizi de la cei doi
părinți. Karpecenko, D.G., (1928) ajunge la rezultate asemănătoare
încrucișând Raphanus sativus (n=9) cu Brassica oleracea (n=9). Hibridul în
F1 a apărut ca un diploid normal cu 2n=18 cromozomi. Prin autopolenizarea
acestui hibrid, în F2 s-au obținut câțiva descendenți cu 2n=36 de cromozomi,
deci tot un tetraploid. În urma retroîncrucișării hibridului cu Raphanus au
apărut descendenți triploizi cu 2n=27. În descendențele ulterioare au apărut
pentaploizi cu 2n=45. Karpecenko a încrucișat forme triploide (2n=27) cu
forme hexaploide (2n=54) și a obținut un individ cu 2n=81 de cromozomi.

167 O altă categorie de amphidiploizi sunt aceia obținuți în urma hibridării
a doi genitori care nu au același număr de cromozomi, însă sunt un multiplu
al numărului de bază de cromozomi (X). Clausen, J. și Goodspeed, H.T.,
(1925) încrucișând Nicotiana glutinosa (♀) (n=12) cu Nicotiana tabacum (♂)
(n=24), au obținut un hibrid îndepărtat cu n=36 la care meioza decurgea
anormal, dând gameți sterili. Printr-o dublare somatică în prima generație a
acestui hibrid s-a obținut un alopoliploid cu n=72 care se numește Nicotiana
digluta și care este complet fertil pentru că meioza decurge normal ca la orice
formă diploidă. În cazul Nicotiana , când un diploid (2n=24) și un tetraploid
(2n=48) sunt încrucișati, i-a naștere un hexaploid cu 2n=72 și se presupune
că toți cromozomii au fost dedublați. Sunt însă și cazuri când această
dedublare nu afectează toți cromozomii hibridului. Astfel, la încrucișarea
dintre Chrysanthemum marginatum (n=45) și C. lavandulaefolium (n=9),
Tahara și Shimatomai (1927) au obținut hibrizi în F1 cu 72 de cromozomi în
celulele somatice, în loc de 54. Se presupune că s-au dublat cei 9 cromozomi
de la C. lavandulaefolim și numai 9 cromozomi din cei 45 ai speciei C.
martinatum .
Brenner, S., (1921 – 1931, 1948) încrucișând trestia de zahăr
Saccharum officinarum (n=40 ) cu S. spartaneum (n=56) a obținut în F1
hibrizi cu 2n=136 în loc de 96 de cromozomi. În acest caz a avut loc o
dedublare numai a cromozomilor de la S. officinarum . Sunt și cazuri când
această dedublare lipsește complet. Ljungdahl, H., (1922, 1924), încrucișând
Papaver nudicaule (n=7) cu P. striatocarpus (n=35) a obținut o formă fertilă
cu 2n=42 de cromozomi, fără nicio dedublare a cromozomilor hibridului.
Din regnul animal pot fi menționate experiențele lui Federlay, H.,
(1913) privind încrucișarea dintre fluturii Pygaera anachoreta (n=30) și P.
curtula (n=29). Generația F1 a prezentat 2n=59 de cromozomi. Generația F1
(♂) încrucișată cu P. anachoreta (♀) a dat naștere la fluturi cu 2n=89, alături
de unii cu 87 sau 88 de cromozomi.
Baza citologică a fenomenului de alopo liploidie
Pentru majoritatea difeiților alopoliploizi descriși, are loc o dublare a
numărului de cromozomi în celulele somatice. Această dublare rezultă din
fuzionarea a doi nuclei sau din dubla scindare longitudinală a cromozomilor
în timpul profazei, ca la N. kewensis și Nicotiana .
În cazul hibrizilor dintre două specii de trestie de zahăr, creșterea
numărului de cromozomi se datorează unui proces endomitic, care are loc în
gametofitul femel ( S. officinarum ). Sunt și cazuri când apar deranjamente în
mersul diviziunii reducționale. Se cunoaște că pentru o diviziune reducțională
normală cromozomii omologi paterni și materni se grupează în perechi
datorită afinității dintre ei. Cromozomii care vin de la diferite specii se

168 împerechează mai rar. La hibrizii F1 dintre cele două specii de Papaver
nudicaule și P. striatocarpum cu n=7, respectiv 35 de cromozomi s- a
constatat că în diviziunea reducțională 7 cromozomi P. nudicaule se
împerechează cu 7 cromozomi P. striatocarpum (alosindeză). Restul de 28 de
cromozomi P. striatocarpum s-au grupat în 14 perechi (autosindeză). S-au
format deci 21 de perechi de cromozomi din care au rezultat apoi gameți cu
21 de cromozomi. Hibridul F1 (n=21) retroîncrucișat cu P. nudicaule (n=7) a
dat naștere la plante cu n=14 cromozomi (figura 45).

Fig. 45. Cromozomii de la Papaver nudicaule (a), P. striatocarpum (b), și de la hibridul
dintre aceste specii (c) (după Manoilu, M. și colab., 1965)

În unele cazuri între cromozomii celor două specii nu are loc niciun
fel de conjugare, din cauza lipsei de afinitate dintre cromozomi. Așa s- a
constatat la diviziunea reducțională a hibrizilor F1 de Raphano-brassica unde
au rezultat gameți cu 1 până la 17 cromozomi, toți neviabili. Apare însă și o
altă situație: nucleul nu trece prin stadiul primei diviziuni, ci intră direct în
stadiul diviziunii a doua. Acest nucleu se divide în doi nuclei, după ce 18
cromozomi s-au scindat longitudinal. Așa ia naștere gameții viabili.
Între aceste două cazuri extreme descrise, există multe alte posibilități
de împerechere a cromozomilor, care duc la perturbarea diviziunii
reducționale normale. De aceea, pentru studierea formelor poliploide și
pentru a explica genetica lor atât de complicată este absolut necesară
cunoașterea fenomenelor care se petrec la nivelul celulei, îndeosebi a
cromozomilor.

169 Poliploidia în natură . Din cercetările efectuate de numeroși
cercetători s-a constatat că fenomenul poliploidiei este foarte răspândit în
natură. Hugo de Vries a găsit în anul 1895, în cadrul speciei Oenothera
lamarckiana , o formă de dimensiuni mari, care a fost denumită Oenothera
gigas. Gates, R.R., (1909) a constatat că această formă avea un număr de 28
de cromozomi, dublu față de forma inițială. Prin încrucișarea formei diploide
cu cea tetraploidă a apărut o formă nouă cu 2n=21 de cromozomi, numită
semigigas .
Nilson Ehle a descoperit în 1935 plopul de munte gigantic, care era o
formă triploidă, iar în anul 1938, Iablokov și Gorki au descoperit existența
plopului gigantic. În 1929, Navașin, S.G., arată importanța poliploidiei în
răspândirea speciilor peste arealul lor normal. Tischler, S., (1950) a studiat
din punct de vedere citologic 652 de genuri din cele 721 care constituie flora
Europei centrale și a constatat că 35,8 % sunt forme diplode și 64,2 % sunt
poliploide. Genurile diploide au, în medie, 1,8 specii pentru un gen, în timp
ce genurile poliploide au 4,3 specii pentru un gen, fiind și genuri cu câte 58
de specii (Rubus), 73 de specii ( Care x). În general, numărul speciilor
poliploide crește de la ecuator către poli. De exemplu, flora Siciliei cuprinde
31 % forme poliploide, a Islandei 56 %, pentru ca în regiunile arctice formele
poliploide să ajungă până la 92 %.
Aceste date referitoare la predominrea speciilor poliploide în zonele
cu condiții de viață extreme arată că acestea au apărut sub influența condițiilor
de mediu, mai ales a temperaturii și subliniază marea lor plasticitate și
adaptabilitate în comparație cu formele diploide. Cele mai multe specii de
plante poliploide se găsesc în regiunile cu climă aspră, cum sunt regiunile
alpine, arctice și îndeosebi în regiuni cu temperaturi care variază într-o
amplitudine mare.
Importanța poliploidiei în evoluția regnului vegetal
Formele poliploide de plante prezintă importanță în evoluția regnului
vegetal. Multiplicarea numărului de cromouomi în celulele somatice și în
gameți implică anumite schimbări ereditare. Când se produce o dublare a
aceluiași genom (autopoliploidie), constituția genetică a indivizilor respectivi
diferă de a formei inițiale diploide și de indivizii în care genomul a fost
multiplicat de 3, 5 sau mai multe ori.
Alopoliploizii care rezultă din unirea a două genomuri diferite
prezintă variații mai mai și mai diferite.
Modificările care se produc sub influența poliploidiei, dacă sunt utile
organismului și omului se fixează în procesul de selecție naturală sau
artificială și duc, în cele din urmă. La apariția unor forme sau specii noi.

170 Poliploidia este un fenomen ce poate să apară și în urma luării
plantelor în cultură. Omul a ales din flora sălbatică plante pe care le-a pus în
condiții de există artificială profund modificate și foarte variate. Formele
poliploide apărute în aceste cazuri, care au corespuns scopurilor urmărite, au
fost alese și păstrate de om în mod inconștient. Mol (1922) arată că până în
anul 1885, narcisele au fost reprezentate în Olanda prin mici forme diplolide
(2n=24). Apoi acestea au fost înlocuite cu forme triplode (2n=36), iar în jurul
anului 1900 s-au o bținut forme tetraploide (2n=48).
Formele poliploide se găsesc frecvent și la pomii fructiferi. Multe
soiuri de măr, păr, viță de vie, zmeur, banan sunt forme tetraploide sau
triploide. Acestea din urmă sunt sterile și se pot multiplica pe cale vegetativă.
Speciile polipolide sunt fome la care prin creșterea numărului de
cromozomi se asigură procesului de evoluție un material bogat din care, prin
selecție naturală se obțin forme noi, mai plastice, mai fertile și mai rezistente
la noile condiții de mediu.
Baranov, A.P., consideră că majoritatea speciilor și subspeciilor
poliploide sunt aloploide interspecifice ceea ce arată că în procesul de
evoluție, poliploidia și hibridarea se influențează reciproc. Prin hibridare
îndepărtată s-au reunit genotipuri diferite rezultând un material nou pentru
evoluție, cu o pronunțată sterilitate sexuală. Dacă n-ar interveni poliploidia,
majoritatea formelor rezultate din hibridarea îndepărtată ar dispărea.
Poliploidia reconstituie fertilitatea hibrizilor îndepărtați creând și o barieră
sexuală între noua formă și formele parentale deoarece alopoliploidul rezultat
nu se încrucișează ușor cu formele care i-au naștere, salvându-se astfel de la
absorbirea ce s-ar produce în procesul de încrucișare cu formele de origine.
Astfel de plante aloploide cultivate sunt: grâul, avăzul, bumbacul, tutunul,
trestia de zahăr, etc.
Pe baza studiilor citologice făcute asupra speciilor poliploide se pot
stabili speciile de plante din care a provenit poliploidul studiat. De exemplu,
Triticum aestivum este un amphidiploid cu 42 de cromozomi, al cărui genom
este format din 3 genomuri a 3 specii diferite, cu câte 14 cromozomi fiecare.
Două din acestea aparțin Triticum dicoccoides cu 28 de cromozomi, iar al
treilea aparține speciei Aegilops squarrosa , o specie de graminee ce crește
prin lanurile de grâu din Balcani până în Afganistan. Triticum dicoccoides la
rândul său este un amphidiploid cu genomul AABB, din care A provine de la
o specie de grâu diploid ( T. boeticum ), iar genomul B de la Agropyrum
triticum. Deci, T. aestivum , cu formula genomului AABBDD a primit
genomul AB de la T. dicoccoides , iar genomul D de la Aegilops squarrosa .
Prin aceasta se constată rolul încrucișării și al aloploiploidiei în formarea de
specii noi.

171 Modificări morfologice și fiziologice caracteristice formelor
poliploide
Mărirea numărului de garnituri de cromozomi este corelată cu o serie
de modificări morfologice și fiziologice care deosebesc formele poliploide de
cele diploide. Unele din aceste modificări au importanță practică. Pe baza lor
și a altor caractere morfologice, multe forme poliploide se pot recunoaște și
depista ușor.
Modificările morfologice afectează planta întreagă sau numai anumite
organe ale ei și sunt uneori diferite de la o specie la alta. Cu toate acestea sunt
și modificări care au caracter mai general.
Frunzele plantelor poliploide sunt adesea mai mari, mai groase, de un
verde mai închis și cu forma schimbată. În alte cazuri, are loc reducerea
numărului de frunze și a greutății totale a lor, dar crește greutatea individuală
a unei frunze poliploide.
Tulpinile au un diametru mai mare și ramificarea mai abundentă
comparativ cu cele diploide.
Florile sunt, în general mai mari.
Fructele sunt uneori mai mari, alteori mai mici sau au aceeași mărime
cu formele diploide corespunzătoare. Numărul de fructe pe o plantă adesea
scade. S-a constatat o reducere evidentă a numărului total de semințe pe o
plantă, fără însă a determina o scădere în aceeași măsură a producției,
deoarece semințele sunt, în general, mai mari.
Fenomenul de poliploidie mai afectează și alte părți ale organismului,
precum mărimea grăunciorilor de polen și gradul lor de fertilitate. De aceea,
măsurarea diametrului grăunciorilor de polen este o metodă sigură pentru
deosebirea plantelor autotetraploide de cele diploide. La plantele poliploide
crește procentul grăunciorilor de polen sterili. La unele specii de plante, se
constată o corelație pozitivă între numărul de pori germinativi da la
grăunciorii de polen și gradul de poliploidie.
Modificările fiziologice constau într-o creștere mai viguroasă și o
perioadă de vegetație adesea mai lungă, prezentând uneori aspecte de
gigantism. Se întâlnesc și cazuri de nanism, mai ales atunci când mărimea
numărului de garnituri de cromozomi depășește o anumită limită.
Fertilitatea plantelor poliploide este mai redusă deoarece multiplicarea
numărului de cromozomi provoacă anumite dificultăți în formarea celulelor
sexuale. Aceste anomalii din meioză se elimină în timp, iar poliploidul poate
să producă în mod normal. La formele poliploide frecvența mutațiilor este
mai mare.
Modificarea unor procese fiziologice la formele poliploide determină
o mărire a variabilității și o adaptabilitate mai ușoară la conndițiile de mediu
schimbate. Sensibilitatea la temperatură scăzută și la secetă este o însușire

172 temporară a formelor poliploide care apoi se pierde cu timpul. Așa se explică
puterea mai mare de adaptare a formelor poliploide spontane la condiții
extreme, comparativ cu cele diploide.
Pe baza modificărilor care caracterizează formele poliploide față de
formele inițiale, s-au elaborat mai multe metode de determinare a gradului de
poliploidie. Observațiile efectuate cu ochiul liber trebuie însă dublate de studii
citologice, metodă care poate da informații exacte și științifice asupra acestora.

Metode de inducere a poliploidiei
Prima încercare de a obține o acumulare artificială de cromozomi a
fost a lui Gherasimov, cu ocazia experiențelor efectuate între 1890-1901. El
a tratat alga filamentoasă Spirogyra , care are nuclei haploizi, cu temperaturi
scăzute și substanțe narcotice (eter și cloroform) și a constatat că în urma
diviziunii apar celule anucleate, care pier, precum și celule cu număr dublu
de cromozomi, adică diploide. La acestea, procesele activității lor biologice
erau mai intense decât în cele normale mononucleate. Cercetătorul menționat
a efectuat multe observații morfologice privind corelașia dintre dimensiunea
celulelor și a masei cromatice, vigoarea și capacitatea de diviziune a celulelor.
Această metodă a fost reluată ulterior și de Van Wisselingh (1919) la alge și
Wettstein, F. (1923) la mușchi. El a tratat protonema mușchilor cu narcotice
și șocuri de temperatură și a reușit să influențeze diviziunea vegetativă a
acestora și să obțină celule diploide de la o protonemă haploidă și apoi o
protonemă în întregime diploidă. Din acești diploizi a obținut apoi tetraploizi
și se crede că s-a ajuns la limită, deoarece protonemele care provin din aceste
plante mușchi nu sunt capabile să dea gameți viabili.
Pe lângă aceste metode menționate, Van Wisselingh a folosit și
metoda centrifugării. Kostoff, D., a perfecționat această metodă, reușind să
distrugă fusul nuclear la celulele în diviziune din țesutul meristematic și să
împiedice migrarea cromozomilor spre cei doi poli.
Ulterior au fost elaborate diverse metode de provocare a formelor
poliploide. Randolph, L.F., a elaborat metoda regenerării în punctele de
altoire și altele.
Fenomenul de poliploidie poate fi provocat și prin acțiunea unor
insecte parazite asupra vărfurilor de creștere ale plantelor. Dintre toate aceste
metode aplicate, cea mai eficace s-a dovedit cea a tratării organismelor cu
substanțe chimice, dintre care colchicina a dat cele mai bune rezultate.
Unele cercetări arată că tratarea sorgului cu colchicină conduce la
obținerea de mutații fără dublarea numărului de cromozomi. S-au modificat
totuși, timpul de înspicat, înălțimea plantelor, producția de boabe și masă
verde, perioada de vegetație și altele. Au apărut forme pitice cu internodii

173 scurte de tulpină, care printr-o încrucișare cu forma inițială nemodificată a
manifestat fenomenul heterozis.
Mitoza celulelor colchicinizate prezintă unele particularități
comparativ cu celulele normale (figura 46 ).
Fig. 46. Reprezentarea chematică a mitozei la celule normale (stânga) și la celule
colchicinizate (dreapta) (după Manoilu, M. și colab., 1965)
Modificările în celulele colchicinizate încep odată cu terminarea
profazei. În metafază, sub infuența colchicinei nu se formează fusul nuclear,
iar cromozomii nu se dispun pe placa ecuatorială, ci se împrăștie în toată
celula (C-metafaza). Cromozomii se desfac apoi fiecare în cele două
cromatide, în timp ce cromozomii perechi rămân încă prinși în regiunea
centromerului. Brațele cromozomilor omologi se îndepărtează între ele,
formând figuri asemănătoare literei X. După aceea, cromozomii omologi se
separă între ei și se dispun paralel sub forma unor ˝ perechi de schiuri ˝ (C-
anafaza). Cele 4 cromatide devenite 4 cromozomi, rămân în aceeași celulă
formând un nucleu cu număr dublu de cromozomi (C-telofaza).

174 Meioza celulelor colchicinizate este afectată încă din profază, când
majoritatea cromozomilor rămân în stare de univalenți. Din cauza distrugerii
fusului nuclear, cromozomii univalenți se împrăștie în întreaga celulă pentru
ca să formeze figuri de forma literei X și apoi perechi de schiuri. Astfel în loc
de celule sexuale haploide iau naștere celule sexuale diploide.
Metodele folosite pentru provocarea fenomenului de poliploidie dau
efectele scontate, dacă plantele asupra cărora se aplică tratamentele
îndeplinesc următoarele condiții:
– prezintă număr mic de cromozomi;
– sunt plante alogame (acestea se pretează mai bine deoarece au
posibilitatea să se încrucișeze liber);
– să fie, pe cât posibil, plante de la care se folosește masa vegetativă
și mai puțin producția de semințe, având în vedere reducerea fertilității
formelor poliploide;
– să se înmulțească pe cale vegetativă.

Importanța poliploidiei pentru ameliorare
Poliploidia fiind corelată uneori și cu dezvoltarea unor caractere și
însușiri valoroase este mult folosită în lucrările de ameliorare. Navașin și
Gherasimov, tratând cu colchicină meristemul rădăcinilor de cocsagâz, a obținut
o formă tetraploidă cu coacere timpurie, cu un procent ridicat de cauciuc și de
calitate superioară; greutatea rădăcinilor a crescut cu 60 %, iar a semințelor cu
1,6 ori față de materialul inițial. Hrișca tetraploidă se caracterizează printr- o
pronunțată creștere a greutății semințelor. Rezultate deosebite s-au înregistrat în
cazul sfeclei poliploide. Secara tetraploidă se caracterizează printr-o mare
capacitate de producție. În Japonia se cultivă pepenele verde triploid, cu fructe
mari și fără semințe, care întrece mult soiurile diploide.

Aneuploidia
Este tot un tip de genomutație, care constă în adăugarea sau scăderea
unuia sau mai multor cromozomi de la stocul cromozozal normal, care se
compune din două garnituri identice de cromozomi (2n), fiecare cromozom
având un partener identic.
În unele cazuri, unul sau mai multe tipuri de cromozomi se găsesc
repetate de trei sau mai multe ori (hiperploidie) sau în minus față de numărul
normal (hipoploidie). În cazul când peste numărul normal de cromozomi se
găsește un cromozom în plus, avem de-a face cu o trisomie (2n+1), când sunt
doi cromozomi în plus, cu o tetrasomie (2n+2), etc.Se întâmplă ca să fie afectate
mai multe tipuri de cromozomi și în acest caz rezultă o dublă trisomie (2n+1+1)
sau o triplă trisomie (2n+1+1+1), etc. Astfel de tipuri aberante s-au identificat
la Datura stramonium (Blakeslee, A.F.), Oenothera (Hugo de Vries).

175 Pe lângă cazurile menționate de apariție a unuia sau mai multor
extracromozomi, sunt și situații când poate lipsi unul sau mai mulți
cromozomi. Indivizii cărora le lipsește un cromozom întreg din garnitura de
cromozomi (2n) se numesc monosomi (2n – 1), iar cei cărora le lipsesc ambii
membri ai perechii se numesc nulisomi (2n – 2), etc. Dacă cromozomul care
lipsește este mare și important, organismele monosome sun neviabile. În
meioză, cromozomul omolog celui lipsă se comportă ca un univalent, iar în
anafază se poate îndrepta către unul din cei doi poli. În felul acesta iau naștere,
în părți egale, gameți cu n cromozomi și cu n – 1 cromozomi. Micșorarea
numărului de cromozomi se poate explica și prin contopirea cromozomilor.
Acest fenomen de pierdere a unuia sau a mai multor cromozomi este mai
frecvent la hibrizii care provin de la părinți cu un număr diferit de cromozomi.
Astfel, Clausen, J., a constatat la hibrizii dintre Viola arvensis (n=17) și Viola
tricolor (n=13) că 60 % din gameți au lipsă un cromozom nepereche și odată
cu el și unele caracteristici.
Apariția formelor aneuploide se datorează diferitelor anomalii care
survin în timpul meiozei sau mitozei și anume:
– pierderea unuia sau mai multor cromozomi în metafază;
– lipsa de diviziune a unuia sau mai multor cromozomi;
– mitozelor multipolare și repartiției neregulate a cromozomilor în
celulele fiice.
Deoarece unele forme aneuploide prezintă caractere noi și valoroase
față de forma inițială diploidă, constituie un material inițial interesant în
procesul de creare de noi soiuri de plante. Totodată, cazurile de aneuploidie
dau posibilitatea prezicerii importanței genetice a unor cromozomi și
stabilirea anumitor caractere legate de cromozomii sexului.
Determinarea importanței unor cromozomi prin lipsa lor din garnitura
cromozomală este greu de realizat deoarece fiecare cromozom determină într-
un anumit grad supraviețuirea gametului sau individului. Mai ușor se
determină acțiunea cromozomilor care apar în plus față de garnitura normală ,
cu condiția ca zigoții ce au cromozomi suplimentari să fie viabili. Cu toate
acestea, Clausen, J. și colaboratorii au reușit crearea unor serii de aneuploizi
la unele plante de cultură ( Nicotiana tabacum) și anumite linii monosomice
la tutunul de Virginia, în garnitura căruia lipsește câte un cromozom diferit.
Cu această ocazie s-a putut stabili imporanța și rolul genetic al fiecărui
cromozom. Sears, R.E., a reușit crearea a 21 de linii nulisomice la grâu. Din
analiza acestora s-a reușit identificarea rolului genetic al unor cromozomi.
Astfel, la liniile la care a lipsit cromozomul 16 s-a constatat că acesta poartă
gena dominantă care determină culoarea roșie a boabelor deoarece la
nulisomicii la care a lipsit această pereche de cromozomi, boabele au fost de
culoare albă. De asemenea, cromozomii 8 și 10 poartă gena dominantă care

176 inhibă creșterea aristelor deoarece nulisomii fără acești cromozomi au avut
ariste lungi; cromozomul 1 poartă factorul pentru culoarea roșie a glumelor;
cromozomul 20 gena privind forma compactă a spicului, etc.
Pornind de la constatarea rolului genetic al cromozomilor din cadrul
unui genom s-a încercat substituirea unor cromozomi dintr-un alt genom, care
condiționează anumite caracteristici. Pentru aceasta este necesar să avem
toate liniile monosomice posibile ale soiului sau ale speciei în care trebuie să
introducem cromozomul dorit.
Plantele monosomice de grâu se deosebesc puțin de cele normale.
Înainte de utilizarea liniilor monosomice în calitate de genitori, ele trebuie
identificate citologic. Polenul cu un cromozom lipsă nu este indicat pentru
polenizare deoarece asigură rar descendențe monosomice. De aceea, pentru
transmiterea structurii monosomice a unui individ este mai bine să se
folosească plante monosomice femele, când circa 75 % din descendenți sunt
monosomici deoarece aproape 75 % din gameții femeli formați de planta
monosomică au câte un cromozom lipsă.
Folosind metoda de substituire a cromozomilor, s-au obținut rezultate
deosebite din punct de vedere teoretic și practic. Seard, R.E., a reușit să mute
cromozomul 10 de la un soi de grâu, care conferă rezistența la mai multe rase
de rugini, la un alt soi.
Sunt situații când adăugarea sau substituția de cromozomi poate avea
loc între indivizi care aparțin la specii și genuri înrudite. Înrudirea este utilă
pentru ca plantele cu cromozomi adăugați sau substituiți să fie viabili. De
exemplu, se menționează experiența lui O'Hara, G.I., care a încrucișat
amphidiploidul AABB cu specia AA. Primul formează gameți AB, iar al
doilea gameți A. În meioză se formează bivalenți de tipul A și monovalenți
de tipul B. Prin autopolenizarea formelor obținute, în generațiile următoare,
numărul univalenților de tip B scade prin pierderea lor în citoplasmă și prin
faptul că fiecare univelent numerește numai la o jumătate din gameții ce se
formează. Analizând citologic indivizii obținuți, a reușir să separe plante cu
garnitura completă de cromozomi AA și cu un cromozom B în plus sau cu o
pereche de cromozomi B. Identificarea cromozomilor B se face prin
încrucișări și analiza celulelor materne și a polenului hibrizilor.
La tutun, Gerstel, U.D., a adăugat cromozomi de Nicotiana glutinosa la
N. tabacum . Pentru aceasta a încrucișat N. tabacum cu N. glutinosa . Hibrizii din
F1 au fost încrucișați din nou cu N. tabacum . Apoi au fost izolate prin
autopolenizări formele care au în plus cromozomi de tipul N. glutinosa și care
poartă însușiri de rezistență la mozaicul tutunului. În alte experiențe, s-a substituit
o pereche de cromozomi. Kattermann, G., a creat o linie de grâu cu 20 de perechi
de cromozomi de grâu și o pereche de cromozomi de secară, iar Sears, R.E., a
mutat în grâu cromozomii Aegilops, care poartă rezistența la rugini.

177 Haplo idia
Pe lângă fenomenele de poliploidie și aneuploidie amintite, există și
cazuri de haploidie adică de reducere la jumătate (n) a garniturilor
cromozomiale din celulele somatice diploide. La plantele inferioare și la
unele grupe de animale, existanța haploizilor este un fapt obișnuit și dă naștere
la un ciclu de viață mai mult sau mai puțin regulat. La plantele superioare și
la animale, cazurile de haploidie sunt mai rare. La Drosophila melanogaster
nu s-a găsit niciun individ haploid. Primul exemplu de indivizi haploizi la
plantele fanerogame s-a găsit în culturile de Datura stramonium , tratate cu
temperaturi joase de către Blakesee, A.F. Acesta, printre multe plante
anormale rezultate a identificat și exemplare cu 12 cromozomi în celulele
somatice în loc de 24. Aceste exemplare au fost în mare parte sterile, având
80 % din polen zbârcit. Forme haploide s-au obținut și în urma unor
tratamente cu raze X. Majoritatea haploizilor la fanerogame au provenit în
urma încrucișărilor interspecifice sau între varietăți diferite.
Organismele haploide prezintă importanță mare pentru studiile
genetice. De exemplu, descendențele diploizilor proveniți dintr-un părinte
haploid, prin fuziunea a două genomuri identice, constituie un material prețios
pentru studiul mutațiilor de gene. Mutațiile care apar la astfel de organisme
este exclus să se atribuie naturii heterozigote a individului. Organismele
diploide provenite prin duplicarea somaticăa numărului de cromozomi a
formei haploide permit studiul comparativ referitor la capacitatea de creștere,
care depinde de cantitatea de cromozomi din nucleu.
Soiuri de grâu DH au fost lansate în Brazilia, Canada, China, Europa,
Maroc și Tunisia (Jauhar et al., 2009; Sonnino et al., 2009). Tehnica de cultură
a anterelor a fost, de asemenea, aplicată pentru obținerea unor soiuri DH de
orz (Gomez-Pando et al., 2009) și o rez (Pauk et al., 2009) mai potrivite pentru
mediu. În China, au fost dezvoltate peste 100 de soiuri noi de orez folosind
cultura anterelor (Gueye și Ndir, 2010). Divizia comună FAO/AIEA a
susținut și a coordonat eforturile de cercetare axate pe dezvoltarea
protocoalelor DH reproductibile, inclusiv publicarea unui manual cu
protocoale pentru producerea DH în 22 de specii de plante (Maluszynski et
al., 2003).
În ultimul timp, plantele haploide sunt intens utilizate pentru
investigarea și ameliorarea multor culturi agricole. Haploizii sunt ˝plante
unice˝ și pot oferi cercetătorilor informații genetice care nu se găsesc în
formele diploide.
Termenul ˝haplo id˝ se referă la o plată sau un embrion care conține
doar un set de cromozomi gametici. Plantele haploide spontane pot apărea în
cadrul a numeroase specii cum ar fi: bumbac, tomate, cartof, soia, tutun,
porumb, orz, grâu, orez, secară, etc. În general, haploizii pot fi împărțiți în trei

178 tipuri. Primul tip este cel denumit haploidul matern. Aceștia conțin doar
material nuclear și citoplasmă de la părintele matern. Ei rezultă fie din
eliminarea cromozomilor furnizați de către forma paternă în timpul
dezvoltării embrionului, fie din nuclei spermatici paterni care sunt incapabili
de a participa la fecundare. Al doilea tip este cel obținut prin androgeneză ˝in
vitro˝. Acești haploizi sunt obținuți prin cultura de antere sau prin cultura de
microspori care conțin atât citoplasma, cât și nucleul microsporocitului în
curs de dezvoltare. Al treilea tip de haploizi sunt cei obținuți prin
embriogeneză ˝in vivo˝. Aceștia se dezvoltă dintr-o celulă ou sau orice altă
celulă din sacul embrionar având cromozomii părintelul matern, dar care se
pierd în timpul embiogenezei. Acești haploizi conțin citoplasma formei mamă
și doar cromozomii formei tată.

Avantajele utili zării haploizilor
Plantele haploide conțin doar un singur set de cromozomi. Toate
genele lor sunt hemizigote și fiecare genă are doar o alelă. Această
particularitate a plantelor haploide le permite să fie utilizate într-un mod unic
în lucrările de ameliorare sau în studiile genetice.
În primul rând, plantele haploide pot fi utilizate pentru dezvoltarea
accelerată a liniilor homozigote sau a soiurilor pure. În acest scop, este
esențial să se dubleze numărul de cromozomi după care este generată o formă
individuală haploidă. În urma diploidizării, două seturi identice de
cromozomi sunt prezente în forma individuală haploidă dublată. În acestea ,
fiecare genă este reprezentată acum în două exemplare identice sau două alele
identice. Prin utilizarea acestei abordări, amelioratorii pot obține linii
homozigote sau soiuri pure de două sau trei ori mai rapid decât prin folosirea
metodelor convenționale de ameliorare.
În al doilea rând, haploizii pot fi de asemenea utilizați pentru
selectarea de genotipuri care conțin gene favorabile. Deoarece haploizii
posedă doar o singură doză din genomul respectiv, nu există nicio posibilitate
pentru interacțiuni genetice intra-alelice. Fiecare genă este exprimată într-o
singură doză. Acest lucru facilitează în mod semnificativ căutarea și
selectarea genelor favorabile și dezvoltarea de genotipuri superioare
ameliorate. În plus, deoarece haploizii posedă doar o singură doză din fiecare
cromozom, numărul posibil de gene al produselor segregante este redus
semnificativ. Acest lucru permite amelioratorului să identifice o combinație
favorabilă de gene cu o probabilitate mai mare. Această abordare are o valoare
deosebită pentru amelioratorii și geneticienii interesați de dezvoltarea unei
înțelegeri a moștenir ii și determinării caracterelor cantitative. Probabilitatea
sporită de a găsi un genotip favorabil se prezintă în cele ce urmează. Se
presupune că descendentul unei plante hibride este segregantul a 10 gene.

179 Pentru o plantă diploidă normală ar fi necesar să se cultive și să se dezvolte
1048576 plante pentru a obține toate combinațiile acestor gene. Pentru
haploizi, ar fi nevoie de doar 1024 plante haploide pentru a genera toate
combinațiile posibile cel puțin o dată. Acest exemplu arată în mod clar că o
combinație dorită de gene poate fi găsită la mai puțin indivizi când sunt
utilizați haploizii.
În al treilea rând, selecția naturală de haploizi poate fi folosită ca un
filtru genetic pentru a identifica sau pentru a elimina gene mutante
dăunătoare. În mod normal, o anumită ˝sarcină genetică˝ există în orice linie,
soi sau populație ca urmare a unor unor mutații spontane apărute în timp. La
plantele diploide, aceasta este mascată de alelele omologe care pot slăbi
plantele. Prin utilizarea de haploizi, toate genele sunt exprimate într-o singură
doză, inclusiv cele mutante sau dăunătoare. În consecință, haploizii care
conțin mutații dăunătoare, letale sau semiletale, fie pier, fie sunt complet
sterile. Această abordare conduce la ˝curățirea naturală˝ a materialului de
ameliorare de gene care pot reduce viabilitatea și productivitatea plantelor.

180 X. ELEMENTE DE GENETICA POPULAȚIILOR

Sub influența diferitelor condiții determinate de mediul biotic și
abiotic, în cadrul arealului de răspândire, speciile se descompun în diferite
grupe de indivizi, numite populații locale.
Populația locală reprezintă unitatea naturală fundamentală de
existență, de adaptare și reproducere a speciei.
Descompunerea speciei în populații este o formă de adaptare a speciei
la condițiile de mediu.
Populațiile din cadrul unei specii ca urmare a adaptării se deosebesc
între ele din punct de vedere morfo-fiziologic ș genetic. Deosebirile pot fi
uneori foarte fine și greu de sesizat, alteori aceste deosebiri sunt foarte mari.
Astfel, populațiile situate la extremitățile opuse ale arealului speciei se
deosebesc destul de mult, încât uneori ar putea fi considerate ca aparținând la
specii diferite.
Indivizii care alcătuiesc o populație se caracterizează prin comunitatea
locului de răspândire și prin anumite caractere și însușiri ereditare comune.
Totodată, între indivizii care alcătuiesc o populație există și deosebiri din
punct de vedere genetic.
Problema măririi populației, a limitelor sale, este legată de calitatea
populației ca unitate reproducătoare a speciei.
Cea mai mică unitate care poate autireproduce este individul
hermafrodit sau perechea de indivizi unisexuați. În natuă, nu avem de-a face
cu indivizi sau perechi izolate, ci cu grupe de indivizi înrudiți care alcătuiesc
un sistem mai complex. Acest sistem este populația.
Indivizii care intră în componența unei populații au o omogenitate
relativă. Dacă se analizează compoziția cgenetică a unei populații, se poate
observa o variabilitate mare.
Ținând seama de principalele sale trăsături, Brieger, G.F., (1952)
definește populația ca o comunitate de indivizi care ocupă un anumit areal, se
reproduc în același mod, au aceleași variații ereditare și au suferit aceleași
acțiuni ale selecției.
Studiul compoziției genetice a populației, a dinamicii acesteia, are
importanță deosebită pentru ameliorare și producerea de sămânță, cunoscut
fiind faptul că diferitele soiuri de plante cultivate, deși par unitare, sunt alcătuite
din numeroase biotipuri, diferite din punct de vedere genetic. Atât soiurile
autogame, cât și cele alogame sunt din punct de vedere practic, populații.

181 10.1. Metode pentru studiul structurii genetice a populației
Studiul populațiilor se poate face prin metode pur descriptive și prin
metode genetice.
Metoda descriptivă constă în caracterizarea fenotipică a formelor din
comunitatea respectivă și în studierea proprietăților biologice, stabilind
condițiile de existență și relațiile dintre organisme în cadrul populației. O
astfel de analiză nu este suficientă pentru că sunt cazuri când organisme
asemănătoare între ele din punct de vedere fenotipic sunt deosebite genotipic.
Metoda genetică oferă informații mai complete despre potențialul
ereditar al populației și despre posibilitățile adaptive ale acestuia.
Amelioratorii, în munca lor de creare de noi soiuri de plante și rase de
animale, folosesc frecvent această metodă, care le permite să evidențieze din
diversitatea genotipurilor unei populații, anumite genotipuri pe care le
folosesc în procesul de ameliorare.
Metoda genetică de studiu a populațieie se bazează pe analiza
hibridologică, adică pe cercetarea formelor rezultate în urma segregării
organismelor heterozigote. Printre primii cercetători care au efectuat studii
asupra populațiilor, folosind metode genetice și statistice, se poate menționa
Johannsen, W. Acesta, definind noțiunea de linie pură, arată că deosebirea
genetică care există între o populație și o linie pură constă în faptul că, în timp
ce indivizii care compun linia pură sunt homozigoți și stabili din punct d e
vedere ereditar, populația este un amestec de indivizi heterogeni din care se
pot extrage prin selecție numeroase forme. Alți cercetători care s-au ocupat
cu studiul populațiilor sunt: Fischer, J.B., Haldane, J.B.S., Wright, S.,
Brieger, G.F., etc.
10.2. Structura genetică a populației
Este
determinată de un complex de factori în care un rol deosebit îl
are selecția. La stabilirea frecvenței diferitelor genotipuri din cadrul unei
populații, trebuie ținut cont de modul de reproducere.
La plantele alogame dioice, precum și la majoritatea animalelor, se
întâlnește panmixia (fiecare femelă are aceeași șansă de a fi fecundată de un
individ mascul oarecare din cadrul populației respective).
La plantele alogame monoice sau hermafrodite nu poate fi o panmixie
perfectă deoarece prin natura construcției și așezării organelor florale se
favorizează și un anumit procent de autofecundare.
La plantele autogame se poate deosebi: autogamie strictă
(cleistogamie); idiogamie, când polenizarea are loc în cadrul unei flori;
geitogamie, când florile se polenizează numai cu polen din cadrul aceleași
plante. În aceste trei forme de autogamie nu este nicio deosebire din punct de
vedere genetic.

182 La plantele de cultură nu se găsește o autogamie perfectă și nicio
panmixie strictă. Raportul dintre autogamie și alogamie variază de la o specie
la alta, în funcție de condițiile climatice și de agenții polenizatori. De aceea,
este util să se studieze și să se cunoască procentele relative de autogamie și
panmixie pentru principalele plante de cultură, crescute în regiuni diferite.

Structura populației în cazul reproducerii panmictice
Să ne imaginăm o populație panmictică rezultată din încrucișarea
indivizilor homozigoții AA și aa. Dacă indivizii aparținând celor două
genotipuri egali ca număr, produc un număr egal de gameți masculi și femeli
(respectiv 0,5 A și 0,5 a) vor rezulta în urma încrucișării libere următoarele
combinații:

♂
♀ 0,5 A 0,5 a
0,5 A 0,25 AA 0,25 Aa
0,5 a 0,25 Aa 0,25 aa

Din cele menționate, populația rezultată va fi compusă din:
– 25 % homozigoți dominanți – AA;
– 50 % heterozigoți – Aa;
– 25 % homozigoți recesivi – aa.
Raportul este de 1 : 2 : 1.
Structura populației corespunde în acest caz cu generația a 2-a,
provenită în urma segregării primei generații heterozigote Aa.
Pentru a vedea care ar putea fi compoziția generației următoare, să
admitem că fiecare individ AA se poate încrucișa cu toți indivizii AA, Aa și
aa, iar indivizii Aa, ca și cei aparținând genotipului aa, se pot, de asemenea,
încrucișa cu toți indivizii din cele trei genotipuri. În acest caz apare
următoarea situație:

AA Aa Aa aa
AA
Aa
Aa
aa 4AA
2AA; 2Aa
2AA; 2Aa
4aa 2AA; 2Aa
1AA; 2Aa; 1aa
1AA; 2Aa; 1aa
2Aa; 2aa 2AA; 2Aa
1AA; 2Aa; 1aa
1AA; 2Aa; 1aa
2Aa; 2aa 4Aa
2Aa; 2aa
2Aa; 2aa
4aa

Rezultă că în generația a 3-a vor fi: 16 AA + 32 Aa + 16 aa, adică s-a
găsit din nou raportul 1 : 2 : 1 ca și în generația a 2-a. În cazul când și în
generația a 3-a continuă panmixia, acest raport se menține.

183 Din cele arătate, rezultă că în cazul unei încrucișări reciproce
nelimitate a tuturor indivizilor, raportul dintre homozigoții și heterozigoții
care compun populația în generația a 2-a se păstrează și în generațiile
următoare. În astfel de cazuri se poate spune că populația se găsește în
echilibru în perechea respectivă de gene alele.
În analizele precedente, populația inițială rezulta din încrucișarea
indivizilor homozigoți AA și aa, cu posibilități egale de combinare a gameților
care conțin factorii A și a.
În cele mai multe cazuri însă, participarea celor două feluri de gameți
și respectiv a factorilor A și a nu are șanse egale. De exemplu, se observă că
în unele populații numărul indivizilor care posedă gena A poate fi mai mare
decât a indivizilor ce posedă gena a. Cu alte cuvinte, frecvența genelor nu
este egală.
Să presupunem că într-o combinație oarecare, frecvența genei A este
de nouă ori mai mare decât a genei a. Considerând suma alelelor egală cu 1,
va rezulta:
♂
♀ 0,9 A 0,1 a
0,9 A 0,81 AA 0,09 Aa
0,1 a 0,09 Aa 0,01 aa
Exprimând rezultatele în procente, populația va avea în acest caz,
următoarea structură:
– 81 % indivizi homozigoți – AA,
– 19 % indivizi heterozigoți – Aa;
– 1 % indivizi homozigoți – aa.
În generațiile următoare, raportul dintre genotipuri AA, Aa și aa se
menține, având în vedere stabilitatea frecvenței genelor de 0,9 pentru A și de
0,1 pentru a. Deci, și în acest caz se realizează un echilibru al populației
pentru alelele menționate. Cu alte cuvinte, în cazul populațiilor în echilibru.
Raportul dintre indivizii cu caractere dominante și recesive se păstrează în
cursul generațiilor, iar frecvența relativă a fiecărei gene alele are tendința de
a rămâne stabilă.
Hardy, G și Weinberg, V., studiind repartizarea genotipurilor și
fenotipurilor în populații, au stabilit o regulă conform căreia frecvența
genotipurilor Aa, Aa și aa se menține constantă în diferite generații la
populațiile panmictice. Notând frecvența factorului A cu p și a alelei a cu q,
se obține următorul tabel al frecvenței:

184 Gena de la: mamă
A a
Frecvența p q
tată A p descendentul = AA
p2 descendentul = Aa
pq
a q descendentul = Aa
qp descendentul = aa
q2

Rezultă că frecvența așteptaă a celor trei genotipuri este următoarea:
AA : Aa : aa
p2 : 2pq : q2

După cum se observă, această expresie reprezintă formula binomului
(p+q)2. Această regulă generală stă la baza geneticii populației și este
cunoscută sub denumirea de formula lui Hardy-Weinberg. Pe baza acestei
formule este posibil să se stabilească teoretic frecvența genotipurilor din
cadrul populației.
Se i-a următorul exemplu: într-o populație hibridă de mazăre. 75 %
indivizi au culoare galbenă și 25 % indivizi au culoare verde, caractere
determinate de factor ii A, respectiv a. Cunoscând frecvența genotipului aa,
care este de 0,25, frecvența factorului recesiv a va fi egală cu: y = √𝑞2 =
√0,25 = 0,5.
Conform formulei Hardy-Weinberg, frecvența factorului dominat A
va fi: p = 1 – q; p = 1 – 0,5 = 0,5.
Se menționează că formula Hardy-Weinberg se poate aplica numai în
anumite condiții care nu întotdeauna se pot realiza în populațiile naturale și
anume:
– încrucișarea indivizilor și unirea gameților să aibă loc în afară de
orice influență a selecției sau efectului mutagen, iar indivizii care compun
populația să aibă șanse egale de a se încrucișa între ei (panmixie absolută);
– populația să fie îndeajuns de numeroasă, iar indivizii homozigoți și
heterozigoți, după perechea de gene alele să aibă aceeași vitalitate și
fecunditate și să fie supuși acțiunii selecției.
Formula Hardy-Weinberg ajută la studierea unor fenomene genetice
care au loc în populațiile panmictice, dintre care se pot menționa:
– cunoașterea frecvenței unor mutații letale, care pot să apară la
diferite animale cornute (oi) în stare homozigotă și heterozigotă;
– urmărirea acumulării mutațiilor dăunătoare (letale) în populația
respectivă;

185 – ajută amelioratorii la căutarea în populații a anumitor însușiri utile,
determinate de anumite gene valoroase.
Studiind structura genetică a unei populații, amelioratorul poate
anticipa schimbările ce pot avea loc în cursul diferitelor generații. Pentru
aceasta, se cere ca organismele heterozigote să poată fi, în primul rând
identificate fenotipic. În acest sens, se citează exemplul dat de Rendel, J.M.,
(1952), care din 2681 viței din rasa Shorthon a găsit 1234 de culoare roșie
(ww), 1215 de culoare brumărie (Ww) și 232 de culoare albă (WW). Deci,
cei 2681 de indivizi au purtat în total 5368 de gene, dintre care 1679, adică
1215 + (2×232), erau W și celelalte 3383, adică 1215 + (2×1234) erau w. În
acest caz, frecvența genei W este de 1679
5368= 0,31 și a alelei w de 3383
5368 = 0,69.
Dacă se dorește crearea unei rase de culoare roșie, atunci trebuie crescută
frecvența w prin scăderea frecvenței W. Acest caz este unul dintre cele mai
simple. Dificultăți apar atunci când unul din caractere este dominant și nu se
poate stabili frecvența factorilor recesivi din heterozigoți.
În cazul unei gene dominante, frecvența indivizilor homozigoți
recesivi este singura grupă pe care o putem cunoaște exact și pe baza ei se
poate apoi calcula frecvența totală a genei respective. Aplicându-se formula
Hardy-Weinberg, la exemplul dat mai înainte, calcularea frecvenței genei W
(culoare albă) se face extrăgând rădăcina pătrată din q2, care este egal cu: 232
2681
= 0,09; √0,09 = 0,3. Această valoare este aproape identică cu frecvența
însușirii albe, stabilită inițial prin identificare celor trei categorii de animale
(0,31 și 0,69).
Rezultă deci că, pe baza calculării frecvenței anumitor fenotipuri în
populație, în unele cazuri, se poate forma o idee despre repartizarea în
populație a genotipurilor respective.
În cazul unor populații panmictice, formate din plante hermafrodite
sau monoice, trebuie luat în calcul întotdeauna un mic procent de polenizare
autogamă, în așa fel ca la N indivizi dintr-o populație, posibilitatea unei
polenizări încrucișate să fie 𝑁−1
𝑁, în timp ce șansa autofecundării să fie 1
𝑁.
Structura unei populații la reproducerea autogamă perfectă
Este cunoscut faptul că în urma unei monohibridări (AA x aa), în F1
apar numai indivizi Aa. Prin autofecundarea acestora, în F2 apar 25 % AA,
50 % Aa și 25 % aa, adică 50 % homozigoți (AA și aa) și 50 % heterozigoți
(Aa). Admițând că fiecare individ din categoriile de mai sus are 4 descendenți,
în generațiile următoare vor apărea următoarele raporturi între homozigoți și
heterozigoți:

186 F1 1AaHeterozigoți
100 %
F2 1AA 2Aa 1aa 50 %
4Aa 2aa 4aa 25 %
8Aa 4aa 8aa 18aa
16Aa 8aa 16aa 32aa 64aa
F3 4AA 2AA
F4 16AA 8AA 4AA

F5 64AA 32AA 16AA 8AA
Rezultă că procentul heterozigoților scade în fiecare generație.
Scăderea evidentă a heterozigoților face ca în generația a 10- a
procentul acestora să ajungă la numai 0,20 %, așa cum reiese din tabelul
următor (8):
Tabel 8
Procentele de heterozigoți și homozigoți rezultați în urma unei
autofecundări și a încrucișării între frați și surori
Generația autofecundare frați x surori
AA Aa aa AA Aa aa
1 0,00 100,00 0,00 0,00 100,00 0,00
2 25,00 50,00 25,00 25,00 50,00 25,00
3 37,50 25,00 37,50 25,00 50,00 25,00
4 43,75 12,50 43,75 31,25 37,50 31,25
5 46,83 6,25 46,88 34,38 31,24 34,38
6 48,44 3,12 48,44 37,50 25,00 37,50
7 49,22 1,56 49,22 39,85 20,30 39,85
8 49,60 0,78 49,60 41,80 16,40 41,80
9 49,80 0,40 49,80 43,36 13,28 43,36
10 49,90 0,20 49,90 44,63 10,74 44,63
11
… 49,95
50,00 0,10
0,00 49,95
50,00 45,65
50,00 8,70
0,00 45,65
50,00
(după Manoliu, M. și colab., 1965)
Rezultă deci, că și în cazul când are loc o încrucișare sistematică între
frați (la animale și plante dioice) se ajunge la scăderea heterozigoților și
creșterea numerică a homozigoților, însă mai lent. 6,2 %12,5 %

187 Când numărul perechilor de factori în stare heterozigotă în F1 este
mare se ajunge la o situație asemănătoare, ănsă după un număr mai mare de
generații.
În legătură cu descendența hibridă la autogame (alogame) se observă
că în F2, ca urmare a segregării, numărul plantelor heterozigote scade la
jumătate față de F1. Se observă de regulă că (în cazul unor factori
independenți) în fiecare generație, ca urmare a segregării, numărul indivizilor
heterozigoți se înjumătățește, în timp ce procentul de homozigoți crește.
Ținând cont de această regulă și de faptul că gradul de creștere a numărului
homozigoților este în funcție de numărul alelelor, Hayes, H.K și Immer, F.R.,
au propus următoarea formulă:
X = ((2r – 1) / 2r)n în care : X = numărul indivizilor homozigoți; r =
numărul generației care segregă (prima generație care segregă este
considerată F3); n = numărul perechilor de factori în stare heterozigotă.
În tabelul următor se prezintă procentul de plante homozigote, în
funcție de numărul perechilor de factori ereditari și de generația respectivă
care segregă:
Numărul perechilor de
factori în stare
heterozigotă în F1 Numărul generației care segregă (r)
2 (F3) 5 (F6) 8 (F9)
5
10
20
40 23,7
5,6
0,3
0,001 85,3
72,9
58,0
28,1 98,1
96,2
92,5
85,5
Înlănțuirea factorilor și alte particularități genetice pot să întârzie sau
chiar să facă imposibile recombinările unor caractere.
În practica obținerii de forme homozigote, prin consangvinizare la
porumb, s-au considerat, la început, necesare circa 6 generații consangvinizate,
după care are loc eliminarea considerabilă a heterozigoților (East, E.M. și Jonnes,
D.F., 1918).
Structura populației la reproducerea panmictică și autogamă
Când într-o populație o parte din indivizi (x) se reproduc printr- o
autogamie absolută, iar cealaltă parte (y) printr-o panmixie totală, în acest caz
Heulkels și Bone, au arătat că numărul homozigoților va fi x+y/ x+2y, iar al
heterozigoților va fi y/x+2y. Dacă procentul de alogamie și cel de autogamie
este egal, adică x=y, atunci populația respectivă va fi formată din 2/3
homozigoți și 1/3 heterozigoți (tabelul 9 ).

188 Tabel 9
Generația AA Aa aa
F1
F2
F3
F4
F5
F6
Fn 0,00
25,00
31,25
32,81
33,20
33,30
33,33 100,00
50,00
37,50
34,38
33,60
33,40
33,33 0,00
25,00
31,25
32,81
33,20
33,30
33,33

Cu toate că aceste demonstrații referitoare la raportul homozigoților
dintr-o populație sunt teoretice, ele totuși reflectă anumite situații care po fi
folosite ăn genetică și ameliorare ca ipoteze de lucru în unele cercetări
experimentale.
Se poate constata că în cazul unei alogamii absolute, în fiecare
generație se formează noi heterozigoți, iar frecvența lor se menține în acest
fel la un nivel constant, iar la o autogamie absolută, ca și în cazul
consangvinizării, procentul de heterozigoți descrește până la 0, iar populația
se desface în homozigoți. Pentru fixarea unor caractere, adică pentru a le face
homozigote, în primul caz, indivizii aleși se supun unei consangvinizări
severe, iar în al doilea caz, este suficientă o separare în linii de pedigree.

10.3. Factorii care influențează compoziția și dinamica ge netică a
populațiilor
Esența dinamicii structurii genetice a unei populații constă în
schimbarea raportului dintre genotipurile pe care le conține. Acest echilibru
dintre genotipurile unei populații se poate modifica sub influența unui
complex de factori, dintre care se pot menționa: acțiunea selecției, mutațiile,
driftul genetic, condițiile de existență, izolarea, etc.

Rolul selecției în dinamica genetică a populațiilor . Posibilitatea
organismelor de a supraviețui și de a da urmași este condiționată de gradul de
adaptare a acestora la mediu. Însăși diferențierea speciei în populații diferite
este tot un proces de adaptare, care a apărut în procesul evoluției.
Supraviețuirea organismelor a căror genotipuri le asigură cea mai mare
adaptabilitate față de condițiile de mediu constituie procesul de selecție.
Apariția noilor genotipuri în cadrul unei populații este supusă acțiunii
selecției naturale. În același timp, poate avea loc și o hibridare între diferite
genotipuri. Acțiunea selecției naturale s-a pus în evidență experimental de
către L`Heritier, Ph. și Teissier, G., care au introdus într-o linie mutantă de

189 Drosophila cu ochiul " bar" (despicat) câteva perechi de indivizi normali din
aceeași specie. După 100 zile s-a constatat că numărul indivizilor cu ochii bar
a scăzut la 40 %, pentru ca după 500 zile să dispară aproape complet. Acest
fapt a rezultat și atunci când în populația speciei Drosophila funebris au fost
introduse câteva perechi de D. melanogaster . Acestea din urmă, după 100
zile, au redus la minimum procentul indivizilor din specia D. funebris , ca
urmare a luptei interspecifice. Acțiunea selecției asupra genotipurilor poate
duce la păstrarea acestora, iar alteori la diminuarea sau chiar la dispariția lor.
Măsura în care se manifestă rolul selecției este dat de valoarea selectivă și
de coeficientul de selecție .
Analiza genetică a populației ajută la determinarea valorii selective a
diferitelor genotipuri. Se presupune că în urma unei analize genetice se constată
că indivizii homozigoți în factorul recesiv aa sunt în număr mai mic față de
indivizii prezen tați de formele dominante AA și Aa (la fiecare 100 indivizi AA
și Aa corespund 80 indivizi aa). Notând valoarea selectivă a dominantelor cu 1,
valoarea selectivă a homozigoților recesivi va fi de 0,8. Diferența dintre aceste
două valori este exprimată de coeficientul de selecție S:
S = 1 – 0,8 = 0,2
Dacă unul din genotipuri (cel care conține factorii dominanți AA sau
Aa sau cel reprezentat de factorii recesivi în stare homozigotă aa) determină
moartea sau sterilitatea totală, se va obține: S = 1 – 0 = 1.
Când de la ambele genotipuri se obține un număr egal de indivizi
(adică genotipurile determină o supraviețuire și fecunditate egală a
indivizilor), se va obține:
S = 1 – 1 = 0.
Astfel, se constată că acest coeficient de selecție variază între 1 și 0.
De valoarea acestui coeficient depinde eficacitatea selecției. Astfel,
cercetându-se eficacitatea selecției după caracterul recesiv în diferite generații
și la difeiți coeficienți de selecție, rezultă că la un S = 1, după 20 de generații,
procentul de homozigoți recesivi scade la 1/10; la un S = 0,5 scade numai la
3/4, în timp ce la S = 0,01 scăderea indivizilor cu caracter recesiv este cu totul
neînsemnată (de 100 % cât era în prima generație la 97 % în a 20 -a generație).
În general, selecția limitează răspândirea genelor nefavorabile, în timp
ce genele care favorizează unele organisme în lupta lor pentru existență își
măresc concentrația.
Dacă într-o populație sunt indivizi care poartă în stare homozigotă
gene recesive care provoacă moartea sau sterilitatea organismelor, aceștia vor
fi eliminați prin selecție.Prin aceasta, frecvența genelor dăunătoare se
micșorează evident în descendență. Eliminarea este condiționată și de
mărimea populației. În populațiile mici, care măresc posibilitatea unirii
gameților cu gene identice, se mărește frecvența formelor homozigote, iar

190 selecția elimină mai repede genele dăunătoare și acumulează pe cele
folositoare.
Viteza eliminării genelor dominante și recesive din populație este
diferită. Organismele care poartă gene letale dominante sau o sterilitate
completă sunt eliminate încă din prima generație. Aceleași gene dominante
însă cu o expresivitate mai mică se elimină treptat din populație. O dispariție
completă a acestora nu este posibilă deoarece pe măsura eliminării unor astfel
de gene iau naștere altele asemănătoare datorită mutațiilor noi care apar.
Genele dominante care favorizează adaptarea organismelor se înmulțesc însă
cu fiecare generație.
În cazul când genele recesive sunt dăunătoare pentru organism, ele se
elimină prin acțiunea selecției, când sunt în stare homozigotă. Eliminarea prin
selecție a homozigoților recesivi din populație duce la creșterea rolului
heterozigoților, care devin, în urma segregării, furnizorii genelor recesive în
generațiile următoare.
Datorită acțiunii selecției, în cadrul populației vor supraviețui biotipurile
cele mai bine adaptate. Aceasta nu înseamnă însă că se simplifică compoziția
populației deoarece datorită selecției naturale pot să apară în cadrul aceleați
populații forme diferite de adaptare sub forma polimorfismului ereditar.
Polimorfismul ereditar este un mecanism genetic adaptiv, care asigură
integritatea populației ca sistem unitar. Prin polimorfism se înțelege existența
în aceeași populație a mai multor forme, care se deosebesc între ele și care
îndeplinesc funcții diferite. Exemple de polimorfism: populațiile de albine,
furnici, etc, unde polimorfismul ajută la repartizarea funcțiilor între difeiți
indivizi ai populației. Fenomenul de heterostilie constatat la unele plante
(primula vulgaris) este tot un exemplu de polimorfism, care asigură o adaptare
mai bună a plantelor pentru fecundarea încrucișată.
Polimorfismul ereditar este necesar pentru existența unei populații, el
fiind rezultatul selecției naturale care controlează în fiecare generație, raportul
numeric al formelor necesare. Acest tip de polimorfism se mai numește și
polimorfism balansat.

Rolul procesului mutagen în dinamica populațiilor . Mutațiile
provoacă deranjamente în echilibrul unei populații și duc la schimbarea
compoziției ei genetice. De exemplu, dacă alela A mutează în a într-un șir de
generații, frecvența genei A din genofondul populației respective va scădea
cu cât crește frecvența genei a.
După efectul lor, mutațiile pot fi: letale, semiletale, favorabile sau neutre.
Mutațiile dăunătoare în stare homozigotă pot deveni uneori folositoare
în stare heterozigotă. De exemplu, gena recesivă care condiționează forma de

191 seceră a eritrocitelor la om, arată Lobașev, este dăunătoare în stare
homozigotă, iar în stare heterozigotă sporește rezistența la malarie.
Răspândirea noilor mutații în genofondul unei populații depinde de
acțiunea lor asupra vigurozității și fecundității indivizilor, de expresivitatea
lor, precum și de caracterul dominant sau recesiv al acestora.
Mutația dominantă este supusă selecției în stare heterozigotă, în timp
ce mutația recesivă este afectată de selecție numai dacă trece în stare
homozigotă.
După capacitatea de rezistență a mutațiilor față de acțiunea selecției,
ele se împart în:
– mutații subvitale, care reduc vitalitatea organismelor;
– mutații neutre, care sunt fără efect asupra organismelor;
– mutații supervitale, care măresc vitalitate.
Mutațiile din prima și a doua categorie pot fi: dominante, intermediare
sau recesive.
Mutanții, la rândul lor pot fi: heterotici, când mutațiile pot să
determine asupra heterozigoților o vitalitate mai mare decât aceea a ambelor
tipuri de homozigoți și izolatori, când vitalitatea heterozigoților este
inferioară oricăruia dintre homozigoți (împiedică parțial sau total amestecarea
homozigoților prin încrucișare).
Deci, selecția care controlează întregul proces al evoluției determină
schimbări evidente în dinamica genetică a populației.
Driftul genetic în populațiile mici . Frecvența relativă a genelor dintr-
o populație cu un număr redus de indivizi poate să se modifice și fără
intervenția selecției, datoră unor împrejurări întâmplătoare. Acest fenomen se
numește drift sau derivă genetică.
Se poate întâmpla ca în procesul de reproducere al unui număr redus
de indivizi să aibă loc o creștere bruscă a frecvenței genelor care s-au aflat
întâmplător în gameții din care s-au format indivizii generației respective,
precum și o scădere bruscă sau chiar o pierdere completă a genelor care au
fost dispersate în alți gameți, din care nu s-au format indivizi. Dacă se
încrucișează un soi de grâu mutant heterozigot ( Aa) cu un alt soi mutant tot
heterozigot ( Aa), fiecare din gameți (femeli și masculi) conțin fie factorul A
(lipsa aristelor), fie factorul a (prezența aristelor). Dacă numărul indivizilor
rezultați din încrucișare este mare, există șanse statistice ca 25 % indivizi să
aibă genotipul AA, 50 % aa și 25 % cc. Dacă numărul indivizilor este mic, s-
ar putea ca în mod întâmplător să rezulte din unirea numai a gameților a x a
indivizi aa, deci numai plante aristate. În acest caz s-a pierdut complet
factorul A. Succesul sau insuccesul multor crescători de animale care lucrează
cu efective mici, poate fi rezultatul integrării efectivului respectiv în drift.

192 În populațiile mari, driftul nu are rol important deoarece o creștere
ocazională în frecvența unei gene oarecare A într-o parte a populației este
echilibrată adesea printr-o înmulțire ocazională a genei a într-o altă parte a
populației.
Pentru cei care efectuează selecția la animale este deosibit de
importantă aprecierea posibilității de intrare a unui efectiv de animale în drift.
În acest sens, ss-a dat și o formulă prin care se poate calcula așa numitul
număr efectiv de indivizi (Ne) al populației, adică numărul indivizilor care ar
corespunde la panmixie (împerecheri libere) și nu dirijate:

Ne = 4𝑁𝑚 𝑥 𝑁𝑓
𝑁𝑚 +𝑁𝑓

În care: Nm reprezintă numărul masculilor, iar Nf – numărul
femelelor.

Rolul condițiilor de existenț ă. Condițiile de existență în care se
dezvoltă o populație pot influența mult structura genetică, respectiv dinamica
populației respective.
Prin condiții de existență se înțelege atât condițiile mediului abiotic
(hrana, temperatura, lumina, umiditatea, etc.), cât și condițiile biotice
(relațiile cu alte organisme).
Rolul izolării în compoziția și dinamica genetică a populațiilor.
Izolarea geografică provocată de apariția unor bariere naturale de netrecut
(fluvii, mlaștini), apariția unor fenomene geologice care modifică relieful,
etc.., pot constitui piedici pentru încrucișarea liberă a organismelor din cadrul
unei specii.
Izolarea ecologică determinată de climatul teritorial, climatul
sezonier, de microclimat, etc., poate, de asemenea, modifica compoziția unei
populații.
Condițiile de mediu pot, în unele împrejurări, să favorizeze
împerecherea între anumiți indivizi, în timp ce pe de altă parte, pot să
împiedice împerecherile între alți indivizi. Acest fenomen este cunoscut sub
denumirea de izolare sexual-fiziologică.
Trebuie menționat că și așa-numita izolare biologică, poate fi cauzată
de o serie de factori fiziologici și genetici. De exemplu, unii factori genetici
de izolare sunt aceia care deranjează procesul normal al meiozei și care
limitează încrucișările libere ale genelor (restructurări cromozomale,
incompatibilitatea nucleocitoplasmatică, etc.).

193 Homeostazia genetică
Prin homeostazie genetică se înțelege acele procese adaptive care
asigură unei populații capacitatea de a-și păstra structura genetică față de
acțiunea factorilor din mediul extern. Această adaptare se realizează pe seama
heterozigoției, polimorfismului, a ritmului și direcției proceselor mutagene.
Heterozigoția în populație este unul dintre mecanismele principale ale
homeostaziei genetice. Orice populație panmictică, sub omogenitatea relativă
externă, ascude o diversitate genetică enormă determinată de un procent mare
de heterozigoți, de diferite mutații, etc.
Pornind de la legea utilizării biologice a încrucișării, elaborată dee
Darwin, s-a constatat că starea heterozigotă a genelor alele duce adesea la o
mărire a vigurozității organismelor hibride și a posibilităților de adaptare.
Dinpotrivă, încrucișările înrudite și autofecundarea plantelor alogame, care
ridică homozigoția în generațiile următoare, duce la depresiuni în descendență
și deci la o reducere a posibilităților de adaptare. Saturarea populațiilor cu
mutații în stare heterozigotă mărește, de asemenea, posibilitățile lor de
adaptare la condițiile de mediu schimbate. Majoritatea populațiilor conțin un
număr mare de mutații recesive, diferite restructurări cromozomiale, a căror
concentrație se schimbă în funcție de mărimea populației, de condițiile
mediului extern și de ritmul procesului mutațional. De aici se desprinde
concluzia că saturarea populației cu mutații asigură o rezervă de schimbări
ereditare.

194 XI. INGINERIA GENETICĂ ȘI BIOTEHNOLOGIILE

Termenul de inginerie genetică părea, acum ceva timp, ca fiind
desprins din domeniul științifico-fantastic. Astăzi, a devenit o realitate bine
conturată și cu rezultate promițătoare în toate domeniile vieții cotidiene.
Ingineria genetică reprezintă un ansamblu de metode de lucru prin
care se manipulează materialul genetic la nivel molecular și celular. Astfel se
obțin microorganisme, plante și animale reprogramate genetic, în al căror
genom sunt incluse gene străine, utile, exprimabile și transmisibile stabil la
descendenți. Ea utilizează metode de cultură in vitro a celulelor și țesuturilor
animale și vegetale și tehnologia ADN-ului recombinat. Pe aceste metode se
bazează hibridarea somatică la plante și animale, haploidia
prin androgeneză și ginogeneză experimentală, precum și clonarea.
Modificările genetice au loc în mod natural o dată la 100 000 de
indivizi și practic noi am evoluat până unde suntem acum cu ajutorul lor, iar
omul a modelat genetic plantele și animalele după bunul lui plac de mai bine
de 2 000 de ani doar că era un proces lent, care presupunea o muncă constantă
de selecție și încrucișare, iar aceste încrucișări se faceau doar între indivizi
aparținând aceleiași specii și acestea se produceau în timp, permițând naturii
să se adapteze și ea la noile specii apărute.
Descoperirea în 1944 a ADN-ului – catenă dublă – ca suport al
informației ereditare, urmată de o cascadă de alte descoperiri, au culminat în
1965 cu descoperirea enzimelor capabile să decupeze și să refacă molecula
ADN – enzimele de restricție. A apărut ipoteza, apoi certitutinea, că molecula
de ADN a unui oraganism, ar putea fi modificată, în sensul obținerii de
organisme noi sau cel puțin cu caracteristici noi.
În anii 1970 s-a creat prima moleculă de ADN recombinant și cu
aceasta am asistat la nașterea unei noi ere știintifice, intitulată sugestiv: " Era
geniului genetic ".
În anul 1972 s-a obținut prima moleculă hibridă de ADN prin unirea
a două fragmente diferite de ADN (unul de la o maimuță, iar celălalt de la o
bacterie). Chiar dacă ar părea neobișnuit, prin aplicarea unor tehnologii
adecvate speciile biologice sunt manipulate într-o manieră "simbiotică",
diferită de cea naturală.
În 1973, a fost modificată o bacterie, E.coli. Astfel s-a obținut un
organism viu, capabil să se înmulțească, care, deși aparținea unei specii
inofensive, se comporta ca o specie letal-agresivă.
În 1976 a început prin utilizarea tehnologi ei de recombinare a ADN-
ului, obținerea unui medicament deosebit de scump și prohibitiv în epocă,

195 insulina (prin crearea unei șușe de E. coli capabilă să producă insulină, care,
până atunci era extrasă și purificată din pancreas de vițel).
În 1977 prin tehnici de inginerie genetică o bacterie a început să
producă un hormon uman, somatostatina (hormonul creșterii), realizare cu
adevărat importantă pentru umanitate.
Anii 1980 s-au remarcat prin utilizarea metodelor revoluționare de
manipulare a genelor care au permis transferul acestora între unit ăți
sistematice foarte diferite, asigurând obținerea organismelor transgenice sau
recombinante inclusiv între regnuri, de exemplu între regnul vegetal și cel
animal (1985 – PCR – polymerase chain reaction). Astfel, geniul genetic
părăsește domeniul consacrat unei stiințe fundamentale, devenind prin noile
biotehnologii create și dezvoltate o ș tiință industrială.
În 1985, cercetătorii din Marea Britanie fac primele teste pentru
obținerea unei specii modificate genetic de tutun rezistent la erbicide, iar în
1986 se testează în câmp căpșunele cu fructul rezistent la îngheț. În anii 90 a i
secolului XX s- au testat: porumbul, sfecla și soia cu rezistență la erbicide
nespecifice (totale); cartoful, rezistent la gândacul de Colorado; bumbacul,
rezistent la gomoză; prunul, rezistent la plum-pox.
Organisme modificate genetic (OMG) (1973 – primul OMG
funcțional ). La soia a fost modificat ADN-ul adică a fost adaugată forț at o
gena care îi dădea rezistență la toate ierbicidele pe baza d e Glyphosate, care
este substanța activă a celebrului ierbicid Rou ndup, produs de firma
Monsanto. Beneficiile au fost enorme pentru fermieri, deoarece soia r ăsare
foarte greu și este imediat î năbușită de buruieni, de aceea trebuie cultivată pe
cele mai curate terenuri și trebuie aplicate cel pu țin 3 tratamen te cu ierbicidul
Roundup, doar împotriva bur uienilor, nemaipunând la socoteală tratamentele
împotriva bolilor și a dăunătorilor care se dezvoltă mai mult dacă terenul este
îmburienat , iar de multe ori și cu aceste tratamente buruienile tot fă ceau
pagube importante fermierilor. Avâ nd aceasta genă, pe cultura de soia se
aplica un singur tratament cu Roundup, care omora tot ce e verde, binen țeles
mai puțin soia și se rezolvau toate aceste probleme.
Alte specii modificate: tomatele, rapița, dovleacul, lucerna, cartoful
bogat în amilopectine, porumbul rezistent la Ostrinia nubillalis și/sau la
Diabrotica virginifera , cerealele perene, pomii fructiferi rezistenți la focul
bacterian, plante furajere tolerante la sărături și la aciditate, cerealele tolerante
la secetă și arșită, cerealele capabile să fixeze azotul atmosferic (și lista se
poate prelungi până la salcia producătoare de micșunele, care, deja, nu mai
este o poveste fantastică).
Ulterior, în Statele Unite, apare prima tomată și soia modificate
genetic, apoi produsă pe scară largă în agricultură. Primul animal modificat

196 genetic în Europa a fost un șoricel. Un alt pas important are loc în 1994, când
FDA (Food and Drug Administration) anunță lansarea unei specii de tomate
modificate genetic cunoscută ca și " flavr savr “ pentru comercializare.
Între 1996 -1997 sunt aprobate și introduse în cultură: soia rezistentă
la dăunători vegetali, porumbul rezistent la sfredelitor și atacul de insecte,
tomatele cu maturare îndelungată.
Utilizările OMG-urilor sun t practic infinite, s-a ajuns să se încrucișeze
peștii din Antartica cu tomatele pentru ca acestea să posede o mai bună
rezistență la îngheț sau brazii să ajungă la maturitate în 7-8 ani deși ei în mod
natural ajung la peste 40 de ani.
De la primele modificări genetice, care vizau simpla înlocuire a
informației genetice plasmidiene la E. coli, în anii de cercetări efectuate s-a
ajuns la rafinarea metodelor, astfel că, în momentul de față, cunoaștem o
multitudine de poziții, în raport cu ceea ce se poate considera modificare
genetică și ce nu se poate considera modificare genetică, chiar dacă rezultatul
final al demersului experimental este același – modificare informației
ereditare de o manieră semnificativă, astfel ca aceasta să se transmită,
nemodificată, descendenților. În prezent sunt cunoscute 2 căi principale de
modificare a expresiei genetice prin tehnicile de ADN-recombinant:
– modificarea non-cromozomială sau transformarea bacteriană prin
care plasmide cu ADN modificate genetic se integrează într-o celula gazdă
bacteriană, astfel ca aceasta să producă substanțele endogene/ exogene
dezirabile (hormoni, biomedicamente, colagen, interferon);
– modificare cromozomială prin care gena exogenă responsabilă
pentru o anumită caracteristică dezirabilă se integrează în ADN-ul
cromozomial al gazdei astfel ca aceasta să dobândească însușiri noi: –
toleranță/rezistență la boli, dăunători, erbicide, temperaturi extreme; –
caracteristici biochimice, alimentare și sau furajere, creșterea ratei de sinteză
și acumulare a substanțelor organice specifice sau nespecifice).
Tehnicile/tehnologiile de modificare genetică sunt de regulă specifice
și structurează astfel: tehnici care utilizează un vector în care se integrează
ADN-ul exogen (bacterii, retroviruși/adenoviruși, transpozomi) de interes,
care pătrund în celula gazdei, unde, în urma substituției sau recombinării celor
2 tipuri de ADN se obține o gazdă purtătoare a informației genetice exogene.
Tehnici care se bazează pe transferul direct al ADNului exogen în ADN-ul
gazdei: tehnica protoplaștilor și fuziunii acestora, tehnica micro/macro
injecțiilor direct în nucleul gazdei, tehnica hibridării celulare interspecifice.
În prezent cele mai utilizate tehnici de realizare a transformării la
plante sunt: transformarea protoplaștilor; bombardamentul biolistic sau cu
microproiectile; transformarea mediată de Agrobacterium .

197 Transferul genelor
În prezent, prin utilizarea sistemelor de transformare mediatică cu
Agrobacterium tumefaciens și A. rhizogenes este posibilă introducerea de
ADN în orice tip de celulă vegetala. Numai o mică proporție din aceste celule
țintite nu vor accepta molecula de ADN în timpul acestui tratament și numai
o mică proporție din aceste celule vor supraviețui tratamentului și integrării
stabile a ADN nou introdus. De asemenea, este esențial de a detecta eficiența
transformării prin selecția celulelor transformate comparativ cu cele
netransformate, care sunt în exces față de primele și de a stabili această
eficiență a transformării prin punerea la punct a unor condiții de regenerare
de plante dintr-o singură celulă transformată.
Transformarea mediată de Agrobacterium
Capacitatea naturală a microorganismelor de a transforma plante este
la ora actuală cea mai utilizată metodă cunoscută și sub numele de metodă de
transformare mediată de Agrobacterium . Bacteriile de sol din genul A.
tumefaciens și A. rhizogenes sunt agenți cauzali ai unor boli la plante si anume
producerea de gale în formă de coroană, respectiv rădăcini firoase.
Sistemul Agrobacterium este foarte utilizat deoarece este ușor de
realizat, iar costurile de realizare sunt foarte scăzute. Mai mult, plantele
transgenice obținute prin această metodă conțin frecvent inserții de copii
unice. Aceste avantaje au condus la adaptarea acestui sistem la multe specii
de plante dicotiledonate dar și monocotiledonate. Acum, este posibil de a
tranfera fragmente mari de ADN (150kb) în genomul nuclear al plantelor.
Agrobacterium rhizogenes este utilizat cu succes pentru transferul de gene la
multe specii de dicotiledonate, la locul infecției formându-se multe rădăcini
adventive, fenomen cunoscut sub numele de „hairy roots” (rădăcini firoase).
Infecția este urmată de transferul unui fragment din ADN, ADN-T, conținut
într-o plasmidă Ri- ADN, direct în genomul nuclear al plantei.
Hibridarea somatică la plante se realizează cu ajutorul
protoplaștilor, celule în care s-a distrus peretele celular prin tratamente
enzimatice (exemple: celulaza, pectinaza). Drept urmare, fiecare celulă va fi
perfect izolată de celelalte, permițând efectuarea experimentelor.
Protoplaștii pot fi izolați din orice organ al plantei. Ei manifestă
totipotență , având capacitatea să regenereze plante întregi, prin cultivarea pe
mediul artificial in vitro (exemplu mediu solid de agar-agar).
Fiind lipsiți de perete celular , protoplaștii pot fuziona spontan sub
influența anumitor substanțe (nitrat de sodiu, polietilenglicol, ioni de calciu).
După fuzionarea celulelor, fuzionează nucleii, se reface peretele celular și
începe diviziunea celulară. După circa trei săptămâni se formează calusuri de

198 culoare verde, care încep să crească. Pentru a regenera plantele, calusurile se
transferă în medii speciale de diferențiere.
În urma hibridării somatice rezultă hibrizi interspecifici asemănători
cu cei obținuți prin hibridarea sexuată.
Avantajul hibridării este acela că se pot obține hibrizi celulari între
specii diferite care în mod normal nu se pot încrucișa sexuat. Un exemplu este
cazul amfiploizilor de tutun (2n = 42 cromozomi) obținuți din două specii de
tutun: Nicotiana glauca (2n = 24 cromozomi) și Nicotiana langsdorfii (2n =
18 cromozomi). Hibrizii obținuți înglobează numărul de cromozomi ai celor
doi părinți.
Alte avantaje ale utilizării protoplaștilor sunt: înmulțirea vegetativă
foarte rapidă în urma căreia rezultă clone; obținerea unor forme poliploide ce
vor fi utilizate în ameliorare; inducerea de mutante; transferul de gene sau
cromozomi în protoplaști; transferul de cloroplaste în protoplaști; obținerea
unor plante rezistente la viroze, etc.

Haploidia prin androgeneză și ginogeneză experimentală este o
altă metodă de cultură in vitro.
Androgeneza constă în reprogramarea inormației genetice a
microsporilor (grăunciorilor de polen), în culturi in vitro. Ulterior, prin
diviziuni repetate, rezultă plante haploide (conțin doar jumătate din numărul
de cromozomi ai speciei).
Există două tipuri de androgeneză:
– directă, care se realizează prin embriogeneză (din microspori se
obțin embrioizi, care prin diviziuni repetate formează plante haploide);
– indirectă, care se realizează prin organogeneză (din calus, prin
diferențiere, se formează țesuturi și organe, și ulterior, plante haploide).
Factorii cu importanță deosebită în reușita androgenezei
experimentale sunt: vârsta anterelor, mediul de cultură, hormonii ,
temperatura și lumina.
Plantele haploide obținute prin androgeneză prezintă următoarele
avantaje: sunt pure genetic, sunt folosite pentru obținerea liniilor izogene
(sunt homozigote pentru toate genele), sunt utilizate pentru producerea de
soiuri noi și de hibrizi ce manifestă fenomenul heterozis; ajută la identificarea
rapidă a mutațiilor recesive și la inducerea unor mutații artificiale.
Ginogeneza constă în reprogramarea informației genetice a
macrosporilor (sacilor embrionari) în culturi in vitro. Astfel, dintr-un nucleu
haploid, prin diviziuni repetate, se vor forma plante haploide.
Deoarece plantele haploide astfel obținute sunt sterile, ele sunt
diploidizate (prin tratamente cu colchicină) și apoi utilizate în diverse
experimente.

199 Hibridarea somatică la animale
Primele încercări au fost făcute în anul 1960 de către Georges Berski
și colaboratorii săi, care au folosit celule de șoarece, aparținând la două linii
diferite, cultivate în amestec; ei au descoperit că acestea pot fuziona și forma
celule hibride. Aceste celule prezintă caracteristici morfologice, fiziologice și
biochimice diferite de cele ale celulelor fuzionate, dar înglobează numărul
total de cromozomi ai genitorilor. Hibridarea celulară, la animale, reușește
dacă sunt rezolvate două impedimente:
– găsirea unui agent inducător care să grăbească fuzionarea celulelor;
este utilizat virusul Sendai inactivant;
– selectarea celulelor hibride din cultură.
S-au găsit medii de cultură selective în care celulele hibride se
multiplică, iar celulele genitorilor sunt eliminate.
O dată îndeplinite aceste condiții, are loc fuzionarea celulelor
somatice diferite și formarea heterocarionului .
Ulterior, are loc fuzionarea nucleilor, urmată de diviziuni mitotice
succesive. În final, se formează celulele hibride somatice. Aceste celule nu
pot regenera organisme animale hibride. Ele formează clone celulare hibride,
la care sunt eliminați preferențial cromozomii uneia dintre speciile genitoare.
Astfel, în culturile celulare hibride om-șoarece, se elimină o parte din
cromozomii umani. Drept urmare, în descendența hibridă există o variație
semnificativă a numărului de cromozomi.
Importanța practică a acestui fenomen constă în faptul că pot fi
realizate hărți cromozomale umane, care permit o identificare precisă a
genelor normale și mutante pe cromozomi.
Celulele hibride care conțin restructurări cromozomale sunt testate
ulterior, pentru prezența sau absența enzimelor specifice. Astfel, sunt identificate
cu precizie genele ce determină apariția maladiilor ereditare umane.
În prezent, se produc cibrizi, hibrizi celulare rezultați din formarea
enucleate cu o celulă nucleată.
Clonarea organismelor reprezintă un ansamblu de procedee prin
care se cultivă o singură celulă și se obține o colonie de celule identice. În
urma clonării rezultă clone (celule și organisme pure, identice, ce provin
dintr-un singur părinte).
La plante (care prezintă fenomenul de totipotență), clonarea se
realizează prin androgeneză și ginogeneză. La animale, se realizează
transplantul de nuclei străini în ovule la care s-au îndepărtat nuclei.
Metoda clonării prezintă avantajul că, de la un singur organism adult,
se pot obține copii perfect identice, din punct de vedere genetic, ale
organismului donator.

200 Tehnologia ADN recombinat
Această tehnologie grupează tehnicile care permit sinteza chimică sau
izolarea genelor unor organisme, urmată de inserția acestora în genomul unor
celule aparținând altei specii. Gazda va copia ADN-ul străin inserat artificial
și-l va transmite descendenței. Rezultă astfel organisme reprogramate genetic .
Avantajul acestei tehnici constă în faptul că toate depăși barierele de
specie (poate transfera ADN-ul de la o specie la alta).
Etapele acestei tehnologii sunt: izolarea ADN-ului corespunzător unei
anumite gene; multiplicarea sa; construirea unor molecule de ADN hibride;
transferul de la o specie la alta.
Pentru a obține ADN recombinat se folosesc microorganisme
(colibacili, drojdie de bere, Argobacterium sp. ), enzime specifice și vectori.

Sinteza artificială a genelor
Prima realizare în domeniu, datează din anul 1970, când Har Gobind
Khorana și colaboratorii săi au sintetizat artificial la drojdia de bere gena care
determină sinteza de ARN-t ce transferă aminoacidul alanina la locul sintezei
proteice.
Ulterior, s-au realizat sinteze artificiale de gene atât la procariote cât
și la eucariote. Astfel, s-au sintetizat artificial genele care intervin în
producerea hemoglobinei la iepure, ovalbuminei la găină, insulinei,
hormonului de creștere, somatostatinei și interferonului la om.
În prezent, pentru a sintetiza artificial gene, se pornește de la ARN- m
folosit ca matriță pentru sinteza ADN-ului. De exemplu, pentru artificială a
genei ce determină producerea hormonului de creștere uman s-a extras ARN-
m din hipofiză și s-a introdus în Escherichia coli care s-a cultivat industrial.
Aceasta a produs cantități crescute de hormon.
Prin programare genetică se obțin substanțe antitumorale eficiente
în terapia cancerului.
În concluzie , studiile de inginerie genetică au luat o amploare foarte mare,
astfel că agricultura, zootehnia și medicina sunt primele beneficiare ale acesteia.

Biotehnologiile urmăresc să utilizeze bacteriile, drojdiile, fungii,
culturile de celule vegetale și animale, pentru fabricarea de substanțe
specifice, utile economic. De altfel, fermentația cu ajutorul
microorganismelor, a fost cunoscută din antichitate, cu câteva milenii înaintea
epocii noastre. Sumerienii, de pildă, cunoșteau fabricarea a peste 20 de tipuri
de bere, încă acum peste 5000 de ani.
Dezvoltarea cercetărilor în biologia celulară și moleculară, a
geneticii și ingineriei genetice, a biochimiei și microbiologiei, etc., au creat,
în ultimii ani, posibilitatea aplicării integrate a cunoștințelor din aceste

201 domenii, în vederea creării unor biotehnologii moderne , de mare eficiență în
producerea unor substanțe variate, necesare în agricultură, industria
alimentară, industria chimică, producția de energie, medicină, industria
farmaceutică, etc.
Biotehnologiile recente, de mare productivitate, se bazează însă pe
tehnicile de inginerie genetică, ce au permis manipularea informației genetice
la nivel celular și molecular. Ca urmare, a devenit posibilă crearea de
genotipuri, conform necesităților sociale, prin manipularea informației
genetice. Aceasta înseamnă izolarea de gene și sinteza lor artificială,
transferul de gene peste barierele de specie, hibridarea celulară, s.a.

203 CERCETĂTORI DE MARCĂ AI GENETICII
Rudolph Camerarius (1665–1721). Camerarius a fost profesor de
filozofie la Universitatea Tubingen din Germania. A condus cercetări care au
contribuit la stabilirea diferențieii sexuale și a definirii părților reproductive
masculine și feminine ale plantelor. Lucrarea sa ˝De sexu plantarum˝ (despre
sexele plantelor) a fost publicat în 1694 ca urmare a unei scrisori adresate
unui coleg. Munca lui Camerarius a descris, de asemenea, funcțiilor părților
de reproducere în fertilizare și a arătat că polenul este necesar pentru aces t
proces cheie în procesul ereditar.
Joseph Gottlieb Koelreuter (1733– 1806). Botanist german,
Koelreuter a devenit professor de istorie naturală și director al grădinii
botanice din Karlsruhe în 1764. El a fost un pionier în aplicarea descoperirii
sexelor la plante ca un vehicul de manipulare genetică a acestora. El a
observat că descendenții hibrizi seamănă în general, cu părintele care a
furnizat cel mai mult polen. Koelreuter a efectuat primele experimente
sistematice de hibridare la plante, folosind tutunul. El a recunoscut rolul
insectelor și al vântului în polenizarea florilor și a condus experimente pentru
a studia fertilizarea artificială și dezvoltarea plantelor de tutun. Koelreuteria
sau ˝the golden rain tree genus˝ a fost numită în onoarea lui.
Louis de Vilmorin (1902–1969). A fost un ˝om al semințelor˝
francez. Experimentele lui referitoare la ereditate au contribuit la înțelegerea
cauzelor variabilității. Vilmorin a efectuat studii în materie de ameliorare a
plantelor legumicole, folosind o metodă denumită selecția genealogică, care
este echivalentul modern al testării descendenților. El a recunoscut că soiurile
noi de plante ar putea fi dezvoltate prin selectarea anumitor caracteristici, care
ar fi apoi transmise prin genealogie descendenților. În 1856, el a publicat ˝
Note on the Creation of a New Race of Beetroot ˝ (Notă privind crearea unie
rase noi de Sfecla) și ˝Considerations on Heredity in Plants ˝ (Considerații
privind ereditatea la plante), care a u pus bazele teoretice pentru industria
modernă de obținere de semințe. Compania modernă de azi intitulată
Vilmorin reprezintă un jucător important în industria de semințe la nivel
mondial; împreună cu filialele sale internaționale este clasată printre primele
cinci cele mai mari companii de semințe din lume. Compania este, de
asemenea, responsabilă cu producerea primului catalog de semințe pentru
agricultori și cadre universitare, precum și alte publicații.
Thomas Andrew Knight (1759–1838). Acest horticult or și botanist
britanic a efectuat cercetă ri de bază în fiziologia plantelor care au condus la

204 descoperirea fenomenului de geotropism, efectele gravitației asupra
răsadurilor. De asemenea, el a arătat cum unele boli la pomii fructiferi se
transmit prin altoire. În ceea ce privește îmbunătățirea practică a culturilor,
Knight a realizat cercet ări în ameliorarea plantelor horticole, inclusiv căpșuni,
varză, mazăre, mer i și peri. Soiul „Downton“, de căpșuni pe care l-a dezvoltat
a fost notat în pedigre e ca cel mai important soi de căpșuni . El este creditat
cu munca de pionierat în știința ameliorării speciilor fructifere. În 1797 el a
publicat un tratat despre cultura merilor și perilor. Se spune, de asemenea, că
Knight a demonstrat segregare a caracterelor la mazărea de grădină , dar, din
păcate, nu a oferit o explicație pentru acest eveniment ca Mendel care a făcut-
o în cele din urmă .

Carl Linnaeus (1707–1778). Botanist suedez, fizician și zoolog, Carl
Linnaeus este cunoscut pentru activitatea sa în taxonomia plantelor, ceea ce a
condus la dezvoltarea convențiilor sale durabile pentru numirea organismlor
vii, nomenclatura binomială universal acceptată, de asemenea denumită și
taxonomia Linnaean sau clasificarea științifică a oganismelor. Nomenclatorul
binomial clasifică natura într-o ierarhie, atribuind un nume alcătuit din două
părți la un individ, un gen și o specie (epitet specific). Rezultatele muncii sale
au fost publicate în cea mai remarcantă publicație intitulată ˝Species
Plantarum ˝. Există reguli și ghiduri specifice pentru scrierea denumirilor
științifice, care sunt în limba latină, genul care începe cu literă mare, în timp
ce speciile nu; denumire se notează italic (sau subliniat), de exemplu, Zea
mays (porumb). Mai mult, genul poate sta singur, dar nu și speciile (de
exemplu, Zea, Zea sp. sau Z. mays).

Charles Darwin (1809–1882). Darwin a fost un naturalist englez cu
unul dintre cele mai recunoscute nume din toate timpurile, din cauza muncii
sale, care a condus la elaborarea uneia dintre teoriile cele mai durabile și
anume teoria evoluției. El a propus ceea ce este uneori numită teoria
unificatoare a științelor vieții care susțină că toate speciile au evoluat de -a
lungul timpului d intr-un un strămoș comun. Procesul de evoluție este extrem
de lent, necesitând mii sau chiar m ilioane de ani pentru a aduce schimbări
graduale care au ca rezultat treptat diversitatea vieții, care este văzută
acum. Mecanismul principal al evoluției, a socotit el, este selecția naturală,
arbitru în a decide care indivizi supraviețuiesc pentru a cont ribui la generațiile
ulterioare (supraviețuirea celui mai adaptat).
Mutațiile genetice sunt sursa finală de variație, dar selecția naturală
decide ce modificări sunt avantajoase și contribuie la supraviețuirea
indivizilor. Supraviețuirea sau extincția unui organism depinde de capacitatea
lui de a se adapta la mediul său în schimbare. El a publicat rezultatele muncii

205 sale în 1859 într -o carte despre originea speciilor. Din toate punctele de
vedere, evoluția ameliorării moderne a plantelor se întâmplă în timp real. În
loc de mii sau milioane de ani pentru a crea un soi nou , amelioratorii de plante
își ating scopul în aproximativ zece ani, în funcție de metoda utilizată, printre
alți factori. Mutații aleatorii pot fi folosite pentru a crea variații, dar și alte
metode mai eficiente sunt preferate în prezent. Odată generată această
variabilitate, amelioratorii folosesc selecția artificială (nu cea naturală) în
vederea dispersării variabilității și de a decide care plante individuale p ot
avansa către următorul pas în programul de ameliorare.
Gregor Mendel (1822–1844). Născut în 1822, G. Mendel, un călugăr
augustinian, de etnie germană, dar naționalitate austro -ungară, este cunoscut
pentru cercetările științifice care au condus la fundamentele genetice ale
transmiterii caracterelor. Chiar dacă mai mulți cercetători din timpul său și de
mai înainte au efectuat cercetări și observații similare cu ceea ce a făcut el,
Mendel a fost credit at primul care a oferit dovezi empirice despre natura
eredității, a trăsăturilor și a modului în care genele care le condiționează sunt
transmise de la părinți la descendenți. El și-a enunțat concluziile pe baza
studierii hibrizilor de mazăre ( Pisum sativu m). Rezultatele experiențelor lui
au fost publicate în 1866, în vederea relevării a ceea ce a devenit cunoscut
sub denumirea de ˝Legile lui Mendel – legea dominanței și legea segregării
independent e˝, care sunt fundamentele geneticii moderne. De fapt, Mendel
este considerat părintele geneticii moderne. În plus, față de legile pe care le –
a stabilit, Mendel, de asemenea, a avut și alte contribuții semnificative în
domeniul geneticii – dezvoltarea teoriei liniilor pure și a analizelor statistice
efectuate în urma observațiilor care au condus la descoperirile lui.
Luther Burbank (1849–1926). Botanist și horticultor american,
Burbank este cunoscut deoarece a creat numeroase soiuri de fructe, flori,
specii pentru boabe, ierburi și legume. Una dintre cele mai remarcabile creații
este soiul de cartof Russet Burbank, care are coaja de culoare roșcată și care
este folosit ș i astăzi la nivel mondial. Această varietate naturală a fost izolată
și înmulțită de Burbank. Este semnificativ de remarcat că unele dintre cele
mai răspândite metode de ameliorare a plantelor utilizate pe scară largă au
fost dezvoltate înainte de secolul al XIX-lea, înaintea lui Mendel. Aceste
metode includ selecție, pedigree-ul, etc.
M.M. Rhoades and D.N. Duvick . Sterilitatea citoplasmatică
masculină a fost descoperită ca tehnică de ameliorare de către Marcus
Rhoades în 1933. Duvick a jucat un rol important în descoperirea diferitelor

206 aspecte ale aceast ei tehnologii. În 1965, a publicat un rezumat al muncii
efectuate în acest domeniu.

Nikolai I. Vavilov. Vavilov a stabilit opt suprafețe ale lumii pe care
le-a demsemnat ca centre de diversitate a speciilor de cultură sau centre de
origine a culturilor. De asemenea, el a identificat primele centre, unde
culturile au fost inițial domesticite, precum și centrele secundare, care au
evoluat din culturile care au migrat din centrul primar. El a stabilit și legea
seriilor omologe în varianta ereditară, arătând existența paralelismului în
variabilitatea dintre speciile înrudite. Această lege permite e xploratorilor de
plante să prezică, fără limite, formele care urmează să fie descrise. Băncile
de gene explorează și colectează germoplasma din aceste centre pentru a fi
clasificate și păstrate pentru utilizare de către cercetători.

E.R. Sears and C.M. Ricks. Sears și Ricks au fost primii care au
aplicat cunoștințele lor despre citogenetică în ameliorarea plantelor, a grâului
și tomatelor. Eforturile lor au aratat cum cercetătorii ar putea transfera gene
și cromozomi de la speciile sălbatice la plantele de cultură. Această realizare
a ajutat la utilizarea citogeneticii în studiul evolutiv al speciilor de plante.

H.J. Muller . Experimentele de pionierat ale lui Muller (1927) au
arătat că este posibil să se modifice efectul genelor. Utilizând raze X, el a
demonstrat că fiziologia și genetica unui organism ar putea fi modificată ca
urmare a expuner ii la aceast tip de radiație. Mutageneza sau ameliorarea prin
mutații a devenit posibilă ca urmare a acestei descoperiri.
În 1928, Stadler a descris efectele mutagene ale razelor X asupra
orzului.

Wilhelm Johannsen . Opera lui Johannsen a revoluționat metoda de
selecție a plantelor. El a fost primul care a făcut distincția dintre genotip și
fenotip. Lucrând cu fasolea de câmp, specie autogamă,el a selectat indivizi
extremi din fiecare generație și a observat o îmbunătățire numai în prima
generație (adică, variabilitatea ereditară nu s-a extins după prima generație).
Variațiile observate în cea de- a doua generație și în generațiile următoare au
fost datorate influenței mediului (nu ereditare). Cultivarea repetată, după un
timp, nu mai răspunde la selecție din cauza lipsei de variație genetică. Selecția
prelungită duce la indivizi cu o homozigozitate extremă. El a numit asemenea
produse linii pure. Aceasta a devenit teoria liniilor pure în 1903.

H.H. Hardy and W. Weinberg . Munca și lucrările din 1908 ale lui
Hardy, un englez și Weinberg, un german, a pus bazele pentru ameliorarea

207 modernă a zilelor noastre la speciile alogame. Ei au demonstrat independent
că într-o populație mare împerecherea aleatorie, atât genele și frecvențele
genotipice rămân neschimbate de la o generație la la alta, în absența influenței
unor factori de schimbare precum mutația, migrația și selecția. Aceasta a
devenit mai târziu cunoscută ca ˝Legea echilibrului lui Hardy -Weinberg˝ .
Acest concept este fundamental pentru strategiile de ameliorare utilizate
pentru îmbunătățirea speciilor cu polenizare încrucișată.
Nilsson-Ehle . Nilsson-Ehle este creditat ca fiind un lider prin
aplicarea primului program de ameliorare științifică a grâului, inițiat de
Asociația Suedeză a Producătorilor de Semințe din Svalof. A fost acolo, în
1912, și a dezvoltat metoda de ameliorare a plantelor numită reproducere în
masă pentru a face față numărului mare de încrucișări, generații și plante
implicate este programul său de ameliorare. Programul său de ameliorare s- a
concentrat pe grâul dur de iarnă.
H.V. Harlan and M.N. Pope. Harlan și Pope au fost cei care au
aplicat primii metoda backcross -ului la plante în 1922, după ce au observat
succesul acest eia în ameliorarea animalelor. Neputând observa
recombinantele dorite în populația segregată a unei încrucișări între cultivarul
comercial, Manchuria , un tip de grâu dur și exotic (părinte donator), au recurs
la o încrucișare repetată a generației F1 cu părintele comercial sau adaptat
(părinte recurent).
C.H. Goulden . Goulden a dezvoltat tipul de sămânță a unui singur
descendent (generație rapidă de generare) în 1941 ca mijloc de accelerare a
realizării homozigoției. Acest lucru a fost modificat mai târziu de către Brim
în 1966.
E.M. East and D.F. Jones . Conceptul de selecție recurentă a fost
propusă independent de Hayes și Garber în 1919 și East și Jones în 1920. Hayes
și Garber au propus de asemenea metoda de ameliorare sintetică în 1919.
F.H. Hull . Hull a inventat termenul de selecție recurentă în 1945.
Munca sa a inclus selecția recurentă pentru aflarea capacității combinative.
F.E Comstock, H.F. Robinson, and P.H. Harvey . Acești
amelioratori au propus metoda selecției reciproce recurente în 1949.
C.M. Donald . Biolog australian, Donald a propus conceptul de
ameliorare a ideotipului ca modalitate de gestionarea programelor de creștere

208 a plantelor prin modificarea arhitecturii plantelor. Creșterea pe baza unui
model de plantă (arhetip) a însemnat că amelioratorii au acordat mai multă
atenție scopurilor și strategiilor lor de ameliorare. Ei ar putea integra
germoplasma exotică și să extindă diversitatea genetică în programul lor,
urmând strategii judicioase.

H.H. Flor. Flor a propus ipoteza genei pentru genă în 1956 pentru a
postula faptul că atât genetica pentru forma gazdă cât și cea pentru forma
parazitară au fost importante în determinarea dacă se poate observa sau nu o
reacție de rezistență la boală. Expresia rezistenței exprimată de gazdă a fost
dominantă, în timp ce expresia avirulenței de către parazit era tot dominantă.
Cu alte cuvinte, în gazda care a interacționat a existat o singură genă cu o
singură gena pentru parazit.

G.H. Shull . George Shull a inventat termenul "heterozis" pentru
fenomenul de vigoare hibridă. Cercetările lui privind încrucișarea la
porumbul, o specie alogamă, a condus la observarea vigorii hibride. Acestă
observație a fost făcută și de Est și Yates, dar și alți cercetători, însă Shull a
dat o interpretare corectă a heterozisului în 1908. Vigoarea hibridă este
motivul pentru care semințele hibride reprezintă un succes comercial imens.

W.J. Beal . Beal a fost unul dintre pionierii dezvoltării seminței
hibride la porumb. El este menționat ca cel mai longeviv lucrător al grădinii
botanice ˝ The W.J. Beal Botanical Garden˝ din Statele Unite, a Universității
de Stat Michigan. Lucrările publicate de el includ ˝The New Botany˝,
˝Grasses of North America˝ și ˝History of Michigan Agricultural College˝. În
1879, Beal a început unul dintre cele mai îndelungate experimente de
botanică, menit să determine cât poate o sămânță să rămână viabilă.
Experimentul care a presupus regăsirea și testarea germinației semințelor
îngropate, este programat a se termina în 2100.

Ronald Fisher . Deși nu a fost un ameliorator de plante, acest biolog
a adus contribuții majore în domeniul statisticii și al geneticii. El a introdus
conceptul de randomizare și de analiză a varianței care sunt absolut necesare
pentru cercetarea și evaluarea plantelor. Conceptul de probabilitate
(probabilitatea maximă) a fost ideea sa originală. Contribuțiile sale în
domeniul geneticii cantitative au ajutat amelioratorii în înțelegerea și
manipularea cantitativă a caracterelor.

C.C. Cockerham . Contribuția lui Cockerham în rolul statisticii pentru
ameliorarea plantelor a fost rezumat în lucrarea din 1961. Aceasta a conectat

209 statistica cu genetica, prin evidențierea surselor de variabilitate și a
componentelor varianței și covarianț ei în analiza genetică. Există și alte nume
care sunt asociate cu acest efort, inclusiv Mather și Jinks, p recum și Eberhardt
și Comstock.
Murashige and Skoog . Tehnologia culturii de țesuturi este vitală
pentru ameliorarea plantelor. Multe aplicații, cum ar fi salvarea embrionilor,
cultura de antere, micropropagarea, selecția in vitro și variația somaclonală,
depind de cultura țesuturilor. Dezvoltarea în 1962 a substratului de cultură
Murashige-Skoog (MS), metodă modernă a ingineriei genetice depinde de
sistemul de culturi de țesuturi prin parcurgerea unor pași cheie în transformare
și regenerare.
Watson and Crick . Înțelegerea eredității care subliniază capacitatea
amelioratorilor de plante de a le manipula efectiv la nivel molecular în
vederea dezvoltării noi soiuri, depinde de munca a depins de Watson și Crick.
Descoperirea structurii h elicoidale duble a macromoleculei de ADN a
reprezentat înțelegerea bazei ereditare.
Norman Borlaug . În era modernă a agriculturii, Norman Borlaug
merită menționat, nu atât de mult pentru contribuția sa la știință , cât pentru
aplicarea principiilor științifice care trebuie abordate producerea alimentelor
și eliminarea foametei, conform unei metodologii condusă de filosofia sa
personală. Acestă filozofie, denumită "Ipoteza Borlaug" de către unii
economiști, propune majorarea productivității agriculturii prin aplicarea celei
mai bune tehnologii pe actualele suprafețe agricole ș i reducerea defrișărilor
și a cererii de noi terenuri agricole. Principala realizarea sinonimă cu numele
său este dată de primirea prestigiosului premiu Nobel (pentru pace) din 1970
– fiind recunoscut drept primul agricultor al Revoluției Verzi. În timp ce
premiul a însemnat recunoașterea impactului pozitiv al acestui fapt, Revoluția
Verde a primit critici dintr-un spectru larg de surse. Fără să se lase descurajat
de către contestatarii săi, Borlaug și-a continuat susținerea față de cei săraci
și la combaterea foametei muncind din greu până la moartea sa în 2009,
pentru a atenua acest fenomen.
Herb Boyer, Stanley Cohen, and Paul Berg . În 1973, Herb Boyer,
Stanley Cohen și Paul Berg conduceau drumul spre noua lume curajoasă a
manipulării genetice prin care ADN-ul dintr-un organism ar putea fi transferat
în altul, aceasta fiind posibilă cu ajutorul bacteriilor. Intitulată tehnologia
ADN recombinant, cercetătorii au transferat cu succes ADN străin într-o
celulă de bacterii. Așa a început ingineria genetică. În prezent, aceasta este

210 una dintre principalele tehnologii moderne de amelioare a plantelor, deși este
un domeniu c-am controversat.

Emil Racoviță (1868-1947), profesor de biologie generală la
Universitatea din Cluj n-a fost numai o glorie a științei românești, ci și unul
din marii biologi ai lumii. În lucrarea sa „ Evoluția și problemele ei ” (1929),
stabilește legătura dintre ereditate și evoluție, dintre specie și condițiile de
mediu. Prin concepțiile sale filozofice, prin viziunea sa socială înaintată, ar
putea fi considerat drept un precursor al timpului.

Dimitrie Voinov (1867-1951), profesor la Universitatea din
București, este părintele școlii românești de citologie și citogenetică. În
lucrarea sa „ Principii de microscopie ” (1900) sintetizează cercetările sale de
peste 24 de ani privind morfologia, evoluția și rolul fiziologic al diferiților
constituenți citoplasmatici. El aduce date concrete despre materialitatea
fenomenului de ereditate.

Gheorghe K. Constantinescu (1888-1951), profesor la Facultatea de
Medicină veterinară din București, a adus un aport remarcabil la dezvoltarea
geneticii în țara noastră, fiind considerat fondatorul școlii de genetică animală
prin lucrarea sa „ Zootehnie generală ”.

Gheorghe Ionescu- Sisești (1885-1967), profesor la Institutul
Agronomic din București, a promovat dezvoltarea geneticii și ameliorării
plantelor în cadrul Institutului de cercetări agronomice pe care l-a condus 20
de ani, creând mai multe soiuri de grâu, utilizând hibridarea sexuată și
selecția.

Traian Săvulescu (1889-1963), profesor la Institutul Agronomic și
Universitatea din București, este fondatorul școlii românești de fitopatologie.
În vasta operă științifică a evidențiat pregnant legătura dintre însușirile de
rezistență a plantelor la boli și baza lor ereditară.

George Emil Palade, medic și om de știință american de origine
română, specialist în domeniul biologiei celulare, laureat în 1974 al premiului
Nobel pentru fiziologie și medicină. În 1986 i -a fost conferită în Statele Unite
National Medal of Science („Medalia Națională pentru Știință”) în biologie
pentru: „descoperiri fundamentale ( de pionierat) în domeniul unei serii
esențiale de st ructuri supracomplexe, cu înaltă organizare, prezente în toate
celulele vii”. Alături de Albert Claude, mentorul lui, a realizat lucrări de
importanța excepțională în domeniul microscopiei electronice și a biochimiei

211 în studiile de citologie. Cum nu era biochimist, a inițiat o colaborare cu Philip
Siekevitz. Împreună au combinat metodele de fracționare a celulei cu
microscopie electronică, producând componenți celulari care erau omogeni
morfologic. Analiza biochimică a fracțiunilor mitocondriale izolate a stabilit
definitiv rolul acestor organite subcelulare ca un component major producător
de energie. Cel mai important element al cercetărilor lui Palade a fost
explicația mecanismului celular al producției de proteine. A pus în evidență
particule intracitoplasmatice bogate în ARN, la nivelul cărora se realizează
biosinteza proteinelor, numite ribozomi sau corpusculii lui Palade . Împreună
cu Keith Porter a editat revista The Journal of Cell Biology („Revista de
Biologie Celulară”), una dintre cele mai importante publicații științifice din
domeniul biologiei celulare. În 1961 G. E. Palade a fost ales membru al
Academiei de Știinte a SUA. În 1973 a părăsit Institutul Rockefeller,
transferându- se la Universitatea Yale, iar din 1990 a lucrat la Universitatea
din San Diego (California). În 1974 dr. Palade a primit Premiul Nobel pentru
Fiziologie sau Medicină, împreună cu Albert Claude și Christian de Duve
pentru descoperiri privind organizarea funcțională a celulei ce au avut un rol
esențial în dezvoltarea biologiei celulare moderne”), cu referire la cercetările
sale medicale efectuate la Institutul Rockefeller pentru Cercetări Medicale).
Prezentarea făcută de Palade la ceremonia conferirii oficiale a premiului
Nobel a avut loc la 12 decembrie 1974, cu tema Intracellular Aspects of the
Process of Protein Secretion , („Aspecte intracelulare în procesul de secreție
a proteinelor”). Textul a fost publicat în 1992 de Fundația Premiului Nobel.
George Palade a fost ales membru de onoare al Academiei Române în anul
1975. În 1989 a fost ales membru de onoare al Academiei Româno-
Americane de Arte și Științe (ARA) la Universitatea din California. La 12
martie 1986, președintele Statelor Unite, Ronald Reagan i-a conferit Medalia
Națională pentru Știință pentru „descoperirea fundamentală” a unei serii
esențiale de structuri complexe cu înaltă organizare prezente în toate celulele
biologice. În 2007, țara natală România l-a decorat cu Ordinul național
„Steaua României” în grad de colonel.

213 BIBLIOGRAFIE
Antohi, Șt., Gavrilă., L., 1981. Progrese în genetica moleculară. Ed. Științifică
și Enciclopedică, București.
Avery, O.T., MacLeod, C.M., McCarty, M., 1944. Studies on the chemical
nature of the substance inducing transformation of pneumococcal
types. J. Exp. Med., 79.
Bataglia, E., 1964. Cytogenetics of B-chromosomes. In: ˝Caryologia˝, 17,
245-299.
B
ateson, W., 1908. The methods an scope of genetics.
Bâra, I., 1985. Radiosensibilitatea plantelor sub impactul factorilor
modficatori. În: Elemente de radiobiologie vegetală (Ed. Corneanu,
G.), pp 45-62. Editura Ceres, București.
Blakeslee, A.F., Avery, A.G., 1937. Methods of inducing doubling of
chromosome in plants. In: J. Heredity, 28, 391-411.
Bridges, C.B., Brehme, K.S., 1944. The mutants f Drosophila melanogaster.
Carnegie Inst. Wash. Publ., 552.
Ceapoiu, N., 1976. Genetica și evoluția populațiilor. Ed. Academiei Române,
București.
Conger, A.D. și Fairchild, L.M., 1953. Stain Technol., 28, 281-283.
Corneanu Mihaela, Corneanu Gabriel., 2005. Genetica generală și evoluția
genomului. Ed. Universitaria Craiova.
Corneanu Mihaela, 2001. Genetica. Ed. Sitech. Craiova.
Chiosilă, I., 1998. Radiațiile și viața. București.
Crăciun, T. și colab., 1991. Genetică vegetală. Ed. Didactică și Pedagogică,
București.
Crăciun, T., Tomozei, I., Coleș, N., Burnaru Galia, 1991. Genetica vegetală.
Ed. Didactică și Pedagogică, București.
Crăciun, T., 1987. Geniul genetic. Ed. Ceres, București.
Crăciun, T., 1983. Genetica și societatea. Ed. Albatros, București.
Crăciun, T., 1981. Genetica plantelor horticole. Ed. Ceres, București.
Crăciun, T., Pătrașcu, M., 1978. Mecanismele eredității. Ed. Albatros, București.
Crăciun, T., Tomozei, I., Coleș, N., Nasta, A., 1978. Genetica. Ed. Didactică
și Pedagogică, București.
Crăciun, T., 1977. Perspectivele geneticii și progresul agriculturii. În:
Probleme ale agriculturii contemporane. Editura Ceres.
Crăciun, T., 1972. Haploidia în cercetările de genetică și ameliorarea
plantelor. În: Probleme de genetică teoretică și aplicată. I.C.C.P.T.
Fundulea, Vol. IV, b.
Crăciun, T., 1970.Genetica. Ed. Didactică și Pedagogică, București.
Drăcea, I., 1972. Genetica. Ed. Didactică și Pedagogică, București.

214 Dubinin, N.P., 1966. Genetica moleculară și acțiunea radiațiilor asupra
eredității. Ed. Științifică, București.
East, E.M., 1936. Heterozis. Genetics, 21.
Freese, E., 1958. The arangement of DNA in the chromosome. In: Cold
Spring. Harb. Symp. Quant. Biol., 23, 13-18.
Gamow, G., 1967. Unu, doi, trei… infinit. Ed. Tineretului, București.
Gavrilă, L., Dăbală, I., 1984. Clasic și modern în știința eredității. Ed.
Albatros, București.
Gavrilă, L., Dăbală, I., 1975. Genetica diviziunii celulare. Editura Dacia,
Cluj-Napoca.
Giosan, M., Săulescu, N., 1969. Principii de genetică, Ed. Agrosilvică,
București.
Goldschmidt, R.B., 1961. Teoretische genetik. Akademic Verlag, Berlin.
Gheorghiță, G., Corneanu, G., 2002. Radiobiologie. Ed. Alma Mater, Bacău.
Gheorghiță, G., 1987. Radiobiologie vegetală.. Ed. Academiei R.S.R.
Greilhuber, I., 1979. Pl. Syst. Evol., 131, 243-259.
Hartman, Ph., E., 1965. Gene action. Englewood Cliffs, N.J.:Prentice-Hall.
Hurwitz, J., Furth, J.J., 1962. Messenger RNA. Sci. Am. 207 (2).
Ionescu-Varo, M., 1976. Biologia celulară. Ed. Didactică și Enciclopedică,
București.
Jacob., J., 1972. Logica viului. Ed. Științifică și enciclopedică, București.
Jacob., F., Monod, J., 1961. Genetic regulatory mechanism in the synthesis
of proteins. J. Mol. Biol. 3.
Lantieri, M., 1990. Le sexe es chromosomes. Science et Vie, LV.
Larmat, J., 1977. Genetica nteligenței. Ed. Științifică și enciclopedică, București.
Lederberger, J., tatum, E.L:, 1946. Gene recombination in E. coli. In: Nature, 158.
Levine, L., 1973. Biology of the gene. The C.V. Mosby Co., Saint Louis.
Lewin, B., 1987. Genes. III. John Wiley and Sons, Inc.
Manoliu, M., Drăcea I., Crăciun, T., Pamfil, C., 1965. Genetica. Ed. Didactică
și Pedagogică, București.
Maximilian, C., 1978. Aventura geneticii. Ed. Albatros, București.
Morgan, Th., 1926. The theory of the gene. New Haven, Yale Universitz Press.
Nicolae, I., Nasta, A., 1975. Radiogenetica. Ed. Albatros, București.
Panfil, C., 1974. Genetica. Ed. Didactică și Pedagogică, București.
Petrescu irina, Avramescu Alina, 2003. Genetică, practici în citogenetică. Ed.
Eurobit, Timișoara.
Petre, A., Negruțiu, E., 1974. Genetica animală. Ed. Didactică și Pedagogică,
București.
Popa, M., 1979. Acizii nucleici, Ed. Științifică și Enciclopedică, București.
Raicu, P. și colab., 1983. Genetica. Metode de laborator. Editura RSR.

215 Raicu, P., Anghel, I., Stoian, V., Duma, D., Taisescu, E., Badea, E, Gregorian,
L., 1982. Genetica – metode de laborator. Editura Academiei.
Raicu, P., 1980. Genetica. Ed. Didactică și Pedagogică, București.
Raicu, P., Mihăilescu, A., Popescu, C., Duma, D., Chirilă, R., 1975.
Poliploidia și aneuploidia la plante. Ed. Ceres, București.
Raicu, P., Ionescu-Varo, M., Gancevici, G., Moisescu, G., 1972. Celula –
strucutră, ultrastrutură și funcții.Ed. Academiei, București.
Raicu, P., Constantinescu, Al., 1968. Citogenetica aneuploizilor. În:
Progresele științei, 4.
Shull, G.H., 1952. Beginnings of the heterosis concept. În: Heterosis, Iowa
Sta. College Press Ames Iowa.
Snedecor, G.W., 1968. Metode statistice aplicate în cercetările de agricultură
și biologie. Ed. Didactică și Pedagogică, București.
Sonneborn, T.M., 1960. The gene and cell differentiation. Proc. Nat. Acad.
Sci., US, 46.
Stadler, l.J., 1928. Genetic effects of X -rays in maize. Proc. Nat. Acad. Sci.,
US, 14.
Stănescu, V., 1977. Genetica și ameliorarea speciilor forestiere. Ed. Didactică
și Pedagogică, București.
Stebbins, G.L., 1950. Variation and evolution in plants. Columbia Univ.
Press, New York.
Stern, H., Nanney, D., 1966. The biology of cell. John Wiley, New York.
Taylor, J.H., 1963. The replication and organiyation of DNA in
chromosomes. În: Molecular genetics, Academic Press, New York.
Voica, N., Soare, M., Soare Paula., 2003. Genetica vegetală. Ed. Universitaria,
Craiova.
Voica, N., 2001. Genetica-știința eredității. Ed. Reduta, Craiova.
Voica, N., 1987. Genetica, Reprografia Universității din Craiova.
Watson, J.D., 1974. Biologia moleculară a genei. Editura științifică, București.
Watson, J.D., 1963. Involvement of RNA in the synthesis of proteins.
Science, 140.
Wagner, R.P., Mitchell, H.K., 1964. Genetics and metabolism. John Wiley, New
York.
Watson, J.D., 1970. Molecular biology of the gene. Benjamin, New York.
Zinder, N.D., Lederberg, J., Genetic exchange in Salmonella. In: Jour. Bact.,
64, 679-699.
Zolyneac, C.C., 1974. Mozaic cromozomal XY/XYY, fără o reprezentare
clinică tipică a sindromului XYY. În: An. Șt. Univ. Al. I. Cuza, Iași,
Secț. II., Biologie, T. XX.
http://ro.wikipedia.org.
www. google.ro

Pentru comenzi și informații, contactați:
Editura Unive rsitaria
Departamentul vânzări
Str. A.I. Cuza, nr. 13, cod poștal 200585
Tel. 0251598054, 0746088836
Email : editurauniversitaria@yahoo.com
marian.manolea@gmail.com
Magazin virtual: www.editurauniversitaria.ro