Genrekombinasjon er utveksling av genetisk materiale mellom ulike organismer. Det resulterer i produksjon av avkom med kombinasjoner av egenskaper som er forskjellige fra de som finnes hos begge foreldrene. De fleste av disse genetiske utvekslingene skjer naturlig.
Hvordan det skjer
Genrekombinasjon begynner som et resultat av separasjon av gener under dannelsen av kjønnsceller under meiose, befruktning og kryssing. Kryss lar alleler på DNA-molekyler endre posisjon fra ett homologt kromosomsegment til et annet. Rekombinasjon er ansvarlig for det genetiske mangfoldet til en art eller populasjon.
kromosomstruktur
Kromosomer er plassert inne i cellekjernen. De er dannet av kromatin, en masse genetisk materiale laget av DNA som er pakket tett rundt proteiner k alt histoner. Kromosomet er vanligvis enkelttrådet og består av et sentromerområde som forbinder de lange og korte områdene.
Duplisering av kromosomer
Når en celle går inn i livssyklusen, blir dens kromosomerdupliseres gjennom DNA-replikasjon som forberedelse til deling. Hvert duplisert kromosom består av to identiske, k alt søsterkromatider. De er assosiert med sentromere-regionen. Når celler deler seg, dannes parvise sett. De består av ett kromosom (homologt) fra hver forelder.
kromosomutveksling
Genrekombinasjon under kryssing ble først beskrevet av Thomas Hunt Morgan. Hos eukaryoter forenkles det ved kromosomkryssing. Kryssprosessen resulterer i at avkommet har forskjellige kombinasjoner av gener og kan produsere nye kimære alleler. Dette gjør det mulig for seksuelt reproduserende organismer å unngå Moellers skralle, der genomene til en aseksuell populasjon akkumulerer genetiske delesjoner på en irreversibel måte.
Under profase I er de fire kromatidene tett forbundet. I denne formasjonen kan homologe steder på to molekyler parre seg tett med hverandre og utveksle genetisk informasjon. Genrekombinasjon kan forekomme hvor som helst langs kromosomet. Frekvensen mellom to punkter avhenger av avstanden som skiller dem.
Meaning
Å spore bevegelsen av gener som et resultat av crossovers har vist seg å være svært nyttig for genetikere. Dette gjør det mulig å bestemme hvor langt fra hverandre to gener er på et kromosom. Vitenskapen kan også bruke denne metoden til å utlede tilstedeværelsen av visse gener. Ett molekyl i et bundet par fungerer som en markør for å oppdage tilstedeværelsen av det andre. Det brukes til å oppdage tilstedeværelsen av patogenergener.
Frekvensen av rekombinasjon mellom to observerte loki er skjæringsverdien. Det avhenger av den gjensidige avstanden til de observerte genetiske fociene. For ethvert fast sett med miljøforhold har rekombinasjon i en bestemt region av bindingsstrukturen (kromosomet) en tendens til å være konstant. Det samme gjelder for skjæringsverdien, som brukes ved generering av genetiske kart.
Meiosis
Kromosomal crossover innebærer utveksling av parede kromosomer som er arvet fra hver forelder. Meiose, som grunnlag for genrekombinasjon, spiller en viktig rolle i denne prosessen. Molekylære modeller av denne prosessen har utviklet seg gjennom årene ettersom bevis har samlet seg. Den nye modellen viser at to av de fire kromatidene som er tilstede i begynnelsen av meiose (profase I) er sammenkoblet og er i stand til å samhandle. Rekombinasjon av kromosomer og gener finner sted i den. Forklaringer på den adaptive funksjonen til meiose som utelukkende fokuserer på kryss, er imidlertid utilstrekkelige for de fleste utvekslingshendelser.
Mitose og ikke-homologe kromosomer
I eukaryote celler kan crossover også forekomme under mitose. Dette resulterer i to celler med identisk genetisk materiale. Enhver kryssing som skjer mellom homologe kromosomer i mitose produserer ikke en ny kombinasjon av gener.
Kryssing som forekommer i ikke-homologe kromosomer kan produsere en mutasjon kjent somtranslokasjon. Det oppstår når et segment av et kromosom skiller seg fra og flytter seg til en ny posisjon på et ikke-homologt molekyl. Denne typen mutasjoner kan være farlig ettersom den ofte fører til utvikling av kreftceller.
Genkonvertering
Når gener transformeres, kopieres en del av arvestoffet fra ett kromosom til et annet uten å endre donor. Genkonvertering skjer med høy frekvens på det faktiske stedet. Dette er prosessen der en DNA-sekvens kopieres fra en helix til en annen. Rekombinasjon av gener og kromosomer er studert i soppkryss, hvor det er praktisk å observere de fire produktene til individuelle meioser. Genkonverteringshendelser kan skilles ut som avvik i individuell celledeling fra normal 2:2 segregering.
Genteknikk
Genrekombinasjon kan være kunstig og bevisst. Det brukes på forskjellige DNA-fragmenter, ofte fra forskjellige organismer. Dermed oppnås rekombinant DNA. Kunstig rekombinasjon kan brukes til å legge til, fjerne eller endre en organismes gener. Denne metoden er viktig for biomedisinsk forskning innen genteknologi og proteinteknologi.
Rekombinant gjenoppretting
Under mitose og meiose kan DNA som er skadet av ulike eksogene faktorer, reddes ved hjelp av det homologe reparasjonstrinnet (HRS). Hos mennesker og gnagere forårsaker en mangel på genproduktene som kreves for FGF under meiose infertilitet.
Bakteriertransformasjon er prosessen med genoverføring som vanligvis skjer mellom individuelle celler av samme art. Det innebærer integrering av donor-DNA i mottakerens kromosom gjennom genrekombinasjon. Denne prosessen er en tilpasning for å reparere skadede celler. Transformasjon kan være til fordel for patogene bakterier ved å tillate reparasjon av DNA-skade som oppstår i det inflammatoriske, oksidative miljøet forbundet med vertsinfeksjon.
Når to eller flere virus, som hver inneholder dødelig genomisk skade, infiserer den samme vertscellen, kan genomene pare seg med hverandre og passere gjennom FGP for å produsere levedyktig avkom. Denne prosessen kalles multiplisitetsreaktivering. Det har blitt studert i flere patogene virus.
Rekombinasjon i prokaryote celler
Prokaryote celler, som encellede bakterier uten kjerne, gjennomgår også genetisk rekombinasjon. I dette tilfellet blir genene til en bakterie inkludert i genomet til en annen ved kryssing. Bakteriell rekombinasjon utføres ved prosessene med konjugering, transformasjon eller transduksjon.
I konjugering er en bakterie koblet til en annen gjennom en proteinrørstruktur. I prosessen med transformasjon tar prokaryoter DNA fra miljøet. De kommer oftest fra døde celler.
I transduksjon utveksles DNA gjennom et virus som infiserer bakterier, kjent som en bakteriofag. Når den fremmede cellen er internalisert gjennom konjugasjon, transformasjon eller transduksjon,bakterien kan sette inn segmentene sine i sitt eget DNA. Denne overføringen utføres ved kryssing og fører til dannelsen av en rekombinant bakteriecelle.
