Genetska rekombinacija in crossing over

wildpixel/Getty Images

Genetska rekombinacija se nanaša na proces rekombinacije genov, da se proizvedejo nove kombinacije genov, ki se razlikujejo od kombinacij obeh staršev. Genetska rekombinacija povzroči genetske variacije v organizmih, ki se spolno razmnožujejo.

Rekombinacija proti križanju

Genetska rekombinacija se zgodi kot posledica ločitve genov, do katere pride med tvorbo gamet v mejoza , naključno združevanje teh genov ob oploditvi in ​​prenos genov, ki poteka med pari kromosomov v procesu, znanem kot crossing over.

Crossing over omogoča alelom na molekulah DNA, da spremenijo položaj iz enega homolognega segmenta kromosoma v drugega. Genetska rekombinacija je odgovorna za genetsko raznolikost vrste ali populacije.

Za primer prečkanja si lahko omislite dva kosa vrvi, dolgi meter, ki ležita na mizi in sta postavljena drug poleg drugega. Vsak kos vrvi predstavlja kromosom. Ena je rdeča. Ena je modra. Zdaj prekrižajte en kos čez drugega, da oblikujete 'X'. Med prekrižanjem vrvi se zgodi nekaj zanimivega: od enega konca rdeče vrvi se odtrga en palčni segment. Zamenja mesta z enopalčnim segmentom, ki je vzporeden z njim na modri vrvi. Torej, zdaj se zdi, kot da ima en dolg pramen rdeče vrvi na svojem koncu 1-palčni segment modre barve, prav tako ima modra vrv na svojem koncu 1-palčni segment rdeče barve.

Struktura kromosoma

kromosomi se nahajajo v jedru naših celic in so oblikovani iz kromatina (masa genetskega materiala, sestavljenega iz DNK, ki je tesno ovita okoli beljakovin, imenovanih histoni). Kromosom je običajno enoverižni in je sestavljen iz regije centromere, ki povezuje regijo dolgega kraka (rok q) s področjem kratkega kraka (krak p).

Podvajanje kromosomov

Ko celica vstopi v celični cikel, se njeni kromosomi podvojijo preko replikacija DNK v pripravah na delitev celic. Vsak podvojen kromosom je sestavljen iz dveh enakih kromosomov, imenovanih sestrske kromatide, ki sta povezana z regijo centromere. Med celično delitvijo kromosomi tvorijo parne nize, sestavljene iz enega kromosoma od vsakega starša. Ti kromosomi, znani kot homologni kromosomi, so si podobni po dolžini, položaju gena in lokaciji centromere.

Prehod v mejozi

Genetska rekombinacija, ki vključuje crossingover, se pojavi med profazo I mejoze pri proizvodnji spolnih celic.

Podvojeni pari kromosomov (sestrske kromatide), ki jih je daroval vsak od staršev, se tesno razvrstijo skupaj in tvorijo tako imenovano tetrado. Tetrada je sestavljena iz štirih kromatide .

Ker sta dve sestrski kromatidi poravnani v neposredni bližini ena drugi, lahko ena kromatida iz materinega kromosoma prekriža položaje s kromatido iz očetovega kromosoma. Te prekrižane kromatide imenujemo kiazma.

Crossing over se pojavi, ko se kiazma zlomi in se zlomljeni segmenti kromosomov preklopijo na homologne kromosome. Zlomljeni segment kromosoma iz materinega kromosoma se združi s svojim homolognim očetovim kromosomom in obratno.

Na koncu mejoze bo vsaka nastala haploidna celica vsebovala enega od štirih kromosomov. Dve od štirih celic bosta vsebovali en rekombinantni kromosom.

Prehod v mitozi

V evkariontskih celicah (tistih z definiranim jedrom) lahko med mitoza .

Somatske celice (nespolne celice) so podvržene mitozi, da nastanejo dve različni celici z enakim genskim materialom. Tako nobeno križanje, do katerega pride med homolognimi kromosomi v mitozi, ne povzroči nove kombinacije genov.

Nehomologni kromosomi

Crossing over, do katerega pride v nehomolognih kromosomih, lahko povzroči vrsto kromosomska mutacija znan kot translokacija.

Translokacija se zgodi, ko se segment kromosoma loči od enega kromosoma in premakne na novo mesto na drugem nehomolognem kromosomu. Ta vrsta mutacije je lahko nevarna, saj pogosto vodi v razvoj rakavih celic.

Rekombinacija v prokariontskih celicah

Prokariontske celice , tako kot bakterije, ki so enocelične brez jedra, so tudi podvržene genetski rekombinaciji. Čeprav se bakterije najpogosteje razmnožujejo z binarno fisijo, ta način razmnoževanja ne povzroča genetskih variacij. Pri bakterijski rekombinaciji se geni iz ene bakterije vgradijo v genom druge bakterije s križanjem. Bakterijska rekombinacija se doseže s procesi konjugacije, transformacije ali transdukcije.

Pri konjugaciji se ena bakterija poveže z drugo skozi strukturo beljakovinske cevi, imenovano pilus. Po tej cevki se geni prenašajo iz ene bakterije v drugo.

Pri transformaciji bakterije prevzamejo DNK iz svojega okolja. Ostanki DNK v okolju najpogosteje izvirajo iz mrtvih bakterijskih celic.

notri transdukcija se bakterijska DNA izmenja preko virusa, ki okuži bakterije, znane kot bakteriofag. Ko bakterija ponotranji tujo DNK s konjugacijo, transformacijo ali transdukcijo, lahko bakterija vstavi segmente DNK v svojo DNK. Ta prenos DNK se izvede s križanjem in povzroči nastanek rekombinantne bakterijske celice.