มิวเทชันระดับยีนและโครโมโซม

มิวเทชันคือการเปลี่ยนลำดับ DNA; ผลขึ้นกับตำแหน่ง ยีน และชนิดเซลล์ ไม่ได้เป็นผลเสียหรือถ่ายทอดสู่รุ่นลูกเสมอ การเปลี่ยนหนึ่งเบส อินเดล โครงสร้าง chromosome และจำนวน chromosome ต้องวิเคราะห์คนละระดับ

พื้นฐานที่ใช้: DNA เป็นสารพันธุกรรม; ยีนถูกถอดรหัสและบางส่วนแปลเป็นโปรตีน; chromosome เป็น DNA ที่จัดร่วมกับโปรตีน

เข้าใจเนื้อหาและเงื่อนไข

1. การเปลี่ยนเบสในยีนมีผลหลายชนิด

• การกลายพันธุ์ระดับยีน (Point mutation) เป็นการเปลี่ยนแปลงของลำดับนิวคลีโอไทด์ในยีนหนึ่งๆ

• การแทนที่คู่เบส (Base-pair substitution):
  • Silent mutation: เปลี่ยนเบสแต่ได้กรดอะมิโนตัวเดิม (เนื่องจากความซ้ำซ้อนของรหัสพันธุกรรม) จึงไม่มีผลต่อโปรตีน
  • Missense mutation: เปลี่ยนเบสแล้วได้กรดอะมิโนเปลี่ยนไปชนิดอื่น อาจมีผลต่อโครงสร้างหรือการทำงานของโปรตีน (เช่น โรคโลหิตจางเม็ดเลือดแดงรูปเคียว Sickle cell anemia: เกิดจาก GAG $\rightarrow$ GUG เปลี่ยนกลูตาเมตเป็นวาลีน)
  • Nonsense mutation: เปลี่ยนเบสแล้วกลายเป็นรหัสหยุด (Stop codon) ก่อนกำหนด ทำให้สายโปรตีนสั้นลงและมักสูญเสียหน้าที่อย่างสิ้นเชิง
• การแทรกหรือการขาดหายของเบส (Insertion / Deletion):
  • หากจำนวนเบสที่เพิ่มหรือหายไป ไม่เป็นทวีคูณของ 3 จะทำให้เกิด Frameshift mutation กรอบการอ่านเปลี่ยน ทำให้กรดอะมิโนด้านหลังผิดเพี้ยนทั้งหมด

• จุดสังเกตสำคัญในภาพ:
  • ภาพรวม: เปรียบเทียบผลกระทบของมิวเทชันแต่ละชนิดต่อสายพอลิเปปไทด์
  • ส่วนประกอบและสัญลักษณ์: แสดงลำดับเบส mRNA $\rightarrow$ กรดอะมิโนที่ได้; จุดที่เบสเปลี่ยนสีและผลลัพธ์ของสายโปรตีน
  • ข้อจำกัดของภาพจำลอง: แสดงผลเฉพาะจุด ไม่ได้แสดงผลกระทบเชิงการพับตัว 3 มิติของโปรตีน

2. ความเปลี่ยนแปลงระดับ chromosome

• การกลายพันธุ์ระดับโครโมโซมส่งผลต่อโครงสร้างหรือจำนวนแท่งโครโมโซมขนาดใหญ่

• การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างโครโมโซม (Structural aberrations):
  • Deletion: ชิ้นส่วนโครโมโซมขาดหายไป (เช่น Cri-du-chat syndrome เกิดจากการขาดหายของแขนสั้นโครโมโซมคู่ที่ 5)
  • Duplication: ชิ้นส่วนโครโมโซมเพิ่มซ้ำเข้ามา
  • Inversion: ชิ้นส่วนโครโมโซมหักแล้วต่อกลับในทิศกลับหัว $180^\circ$ (Paracentric ไม่รวมเซนโทรเมียร์, Pericentric รวมเซนโทรเมียร์)
  • Translocation: ชิ้นส่วนโครโมโซมหักแล้วไปต่อกับโครโมโซมอื่นที่ไม่ใช่คู่โฮโมโลกัส (Non-homologous chromosome)
• การเปลี่ยนแปลงจำนวนโครโมโซม (Numerical aberrations):
  • แอนยูพลอยดี (Aneuploidy): จำนวนโครโมโซมเพิ่มหรือลดแท่งเดี่ยว มักเกิดจากปรากฏการณ์ Nondisjunction (การไม่แยกกันของโครโมโซมใน Meiosis I หรือ II)
    • เช่น กลุ่มอาการดาวน์ (Trisomy 21: $2n+1 = 47$), เทอร์เนอร์ (Monosomy X: $2n-1 = 45, \text{XO}$), ไคลน์เฟลเตอร์ ($47, \text{XXY}$)
  • พอลีพลอยดี (Polyploidy): จำนวนชุดโครโมโซมเพิ่มขึ้นทั้งชุด ($3n, 4n$) พบบ่อยในพืชและมักทำให้ผลหรือดอกมีขนาดใหญ่ขึ้น

• จุดสังเกตสำคัญในภาพ:
  • ภาพรวม: แผนภาพเปรียบเทียบการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างโครโมโซมทั้ง 4 แบบ
  • ส่วนประกอบและสัญลักษณ์: รหัสแถบสีบนโครโมโซมแสดงชิ้นส่วนที่ขาดหาย (Deletion), ชิ้นส่วนที่ซ้ำ (Duplication), ชิ้นส่วนที่กลับทิศ (Inversion), และการแลกเปลี่ยนข้ามแท่ง (Translocation)
  • ข้อจำกัดของภาพจำลอง: เป็นภาพ schematic ไม่ได้ระบุตำแหน่งยีนจริง

3. somatic กับ germline ให้ผลการถ่ายทอดต่างกัน

• ผลกระทบของการกลายพันธุ์ต่อการสืบทอดรุ่นลูกขึ้นอยู่กับชนิดของเซลล์ที่เกิดการเปลี่ยนแปลง

• การกลายพันธุ์ในเซลล์ร่างกาย (Somatic mutation):
  • เกิดขึ้นในเซลล์ร่างกายทั่วไป (เช่น เซลล์ผิวหนัง เซลล์ลำไส้)
  • ส่งผลกระทบเฉพาะตัวบุคคลนั้น (อาจทำให้เกิดเนื้อร้ายหรือมะเร็ง) ไม่สามารถถ่ายทอดสู่ลูกหลานได้
• การกลายพันธุ์ในเซลล์สืบพันธุ์ (Germline mutation):
  • เกิดขึ้นในเซลล์สร้างเซลล์สืบพันธุ์ ไข่ หรือสเปิร์ม
  • สามารถถ่ายทอดสู่รุ่นลูกหลานได้ และอาจปรากฏอยู่ในทุกเซลล์ของร่างกายรุ่นลูก

4. DNA fingerprint แบบ STR เปรียบเทียบความยาวของ repeat หลายตำแหน่ง

• การตรวจลายพิมพ์ดีเอ็นเอด้วยเครื่องหมายพันธุกรรมแบบ STR ใช้ตรวจเอกลักษณ์บุคคลและความสัมพันธ์ทางสายเลือด

• หลักการของ STR (Short Tandem Repeats):
  • ตำแหน่งบน DNA ที่มีลำดับเบสสั้นๆ (2–6 คู่เบส) ซ้ำต่อกันหลายรอบ จำนวนรอบการซ้ำมีความหลากหลายสูงมาก (Polymorphic) ในประชากร
  • ตรวจสอบโดยใช้ PCR ขยายชิ้นดีเอ็นเอรอบตำแหน่ง STR แล้วนำไปแยกขนาดด้วย Gel electrophoresis หรือ Capillary electrophoresis
• การแปลผลลายพิมพ์ DNA:
  • แถบ DNA แต่ละแถบของลูกจะต้องได้รับมาจากพ่อหรือแม่อย่างละครึ่งหนึ่ง (แถบใดที่ลูกมีแล้วไม่ตรงกับแม่ ต้องตรงกับพ่อแท้จริง)

• จุดสังเกตสำคัญในภาพ:
  • ภาพรวม: ผล Gel electrophoresis แสดงแถบลายพิมพ์ดีเอ็นเอเพื่อพิสูจน์ความเป็นบิดา
  • ส่วนประกอบและสัญลักษณ์: แต่ละคอลัมน์แสดงแถบ STR ของแม่ ลูก และผู้ต้องสงสัย; แถบของลูกต้องตรงกับแม่หรือพ่อเสมอ
  • ข้อจำกัดของภาพจำลอง: แสดงตำแหน่ง STR จำลองเพียงไม่กี่ตำแหน่ง ในงานนิติวิทยาศาสตร์จริงต้องตรวจพร้อมกัน 13–20 ตำแหน่งเพื่อความเที่ยงตรงทางสถิติ

ความรู้นี้ใช้กับโจทย์แบบไหน?

ตัวอย่างโจทย์พร้อมวิธีคิด