Genska rekombinacija je izmenjava genskega materiala med različnimi organizmi. Rezultat je proizvodnja potomcev s kombinacijami lastnosti, ki se razlikujejo od tistih, ki jih najdemo pri obeh starših. Večina teh genetskih izmenjav poteka naravno.
Kako se to zgodi
Rekombinacija genov se začne kot posledica ločitve genov med nastajanjem gamet med mejozo, oploditvijo in križanjem. Križanje omogoča alelom na molekulah DNK, da spremenijo položaj iz enega homolognega kromosomskega segmenta v drugega. Rekombinacija je odgovorna za genetsko raznolikost vrste ali populacije.
struktura kromosoma
Kromosomi se nahajajo znotraj jedra celic. Nastanejo iz kromatina, množice genskega materiala iz DNK, ki je tesno ovita okoli beljakovin, imenovanih histoni. Kromosom je običajno enoverižni in je sestavljen iz regije centromere, ki povezuje dolgo in kratko regijo.
Podvajanje kromosomov
Ko celica vstopi v svoj življenjski cikel, njeni kromosomise podvojijo z replikacijo DNK v pripravi na delitev. Vsak podvojeni kromosom je sestavljen iz dveh enakih, imenovanih sestrske kromatide. Povezani so z regijo centromera. Ko se celice delijo, nastanejo parni nizi. Sestavljeni so iz enega kromosoma (homolognega) vsakega starša.
kromosomska izmenjava
Rekombinacijo genov med križanjem je prvi opisal Thomas Hunt Morgan. Pri evkariontih je to olajšano s križanjem kromosomov. Postopek križanja povzroči, da imajo potomci različne kombinacije genov in lahko proizvedejo nove himerne alele. To omogoča, da se organizmi, ki se spolno razmnožujejo, izognejo Moellerjevi raglji, pri kateri genomi aseksualne populacije na nepovraten način kopičijo genetske delecije.
Med profazo I so štiri kromatide tesno povezane. V tej formaciji se lahko homologna mesta na dveh molekulah tesno povežejo med seboj in izmenjujejo genetske informacije. Genska rekombinacija se lahko pojavi kjer koli vzdolž kromosoma. Njegova frekvenca med dvema točkama je odvisna od razdalje, ki ju ločuje.
pomen
Sledenje gibanju genov kot posledica križanja se je izkazalo za zelo koristno za genetike. Tako je mogoče ugotoviti, kako daleč sta dva gena na kromosomu. Znanost lahko uporabi to metodo tudi za sklepanje o prisotnosti določenih genov. Ena molekula v vezanem paru služi kot marker za odkrivanje prisotnosti druge. Uporablja se za odkrivanje prisotnosti patogenovgeni.
Pogostnost rekombinacije med dvema opazovanima lokusoma je presečna vrednost. Odvisno je od medsebojne oddaljenosti opazovanih genetskih žarišč. Za kakršen koli fiksni niz okoljskih pogojev je rekombinacija v določenem območju strukture vezi (kromosom) konstantna. Enako velja za vrednost presečišča, ki se uporablja pri generiranju genetskih kart.
mejoza
Kromosomsko križanje vključuje izmenjavo parnih kromosomov, podedovanih od vsakega starša. Mejoza, kot osnova genske rekombinacije, igra pomembno vlogo pri tem procesu. Molekularni modeli tega procesa so se skozi leta razvijali, ko so se zbirali dokazi. Novi model dokazuje, da sta dve od štirih kromatid, prisotnih na začetku mejoze (profaza I), seznanjeni med seboj in sta sposobni medsebojno delovati. V njem poteka rekombinacija kromosomov in genov. Vendar pa razlage prilagodljive funkcije mejoze, ki se osredotočajo samo na presečišče, niso zadostne za večino dogodkov izmenjave.
Mitoza in nehomologni kromosomi
V evkariontskih celicah lahko pride do križanja tudi med mitozo. Posledica tega sta dve celici z enakim genetskim materialom. Vsako križanje, ki se pojavi med homolognimi kromosomi v mitozi, ne povzroči nove kombinacije genov.
Križanje, ki se pojavi v nehomolognih kromosomih, lahko povzroči mutacijo, znano kottranslokacija. Pojavi se, ko se segment kromosoma loči od nehomologne molekule in se premakne na nov položaj na njej. Ta vrsta mutacije je lahko nevarna, saj pogosto vodi v razvoj rakavih celic.
pretvorba genov
Ko se geni transformirajo, se del genskega materiala kopira iz enega kromosoma v drugega, ne da bi spremenili darovalca. Pretvorba genov se na dejanski lokaciji zgodi z visoko frekvenco. To je postopek, s katerim se zaporedje DNK kopira iz ene vijačnice v drugo. Rekombinacijo genov in kromosomov so preučevali pri križanju gliv, kjer je priročno opazovati štiri produkte posameznih mejoz. Dogodke konverzije genov je mogoče razlikovati kot odstopanja v delitvi posameznih celic od normalne ločitve 2:2.
genski inženiring
Rekombinacija genov je lahko umetna in namerna. Uporablja se na različnih fragmentih DNK, pogosto iz različnih organizmov. Tako dobimo rekombinantno DNK. Umetno rekombinacijo lahko uporabimo za dodajanje, odstranjevanje ali spreminjanje genov organizma. Ta metoda je pomembna za biomedicinske raziskave na področju genetskega in beljakovinskega inženiringa.
rekombinantna obnovitev
Med mitozo in mejozo se DNK, poškodovana zaradi različnih eksogenih dejavnikov, lahko shrani s korakom homolognega popravljanja (HRS). Pri ljudeh in glodalcih pomanjkanje genskih produktov, potrebnih za FGF med mejozo, povzroči neplodnost.
Bakterijetransformacija je proces prenosa genov, ki običajno poteka med posameznimi celicami iste vrste. Vključuje integracijo donorske DNK v prejemnikov kromosom z rekombinacijo genov. Ta proces je prilagoditev za popravilo poškodovanih celic. Transformacija lahko koristi patogenim bakterijam, saj omogoča popravilo poškodb DNK, ki se pojavijo v vnetnem, oksidativnem okolju, povezanem z okužbo gostitelja.
Ko dva ali več virusov, od katerih vsak vsebuje smrtonosno genomsko poškodbo, okuži isto gostiteljsko celico, se lahko genomi med seboj parijo in preidejo skozi FGP, da ustvarijo sposobne potomce. Ta proces se imenuje večkratna reaktivacija. Raziskovali so ga pri več patogenih virusih.
Rekombinacija v prokariotskih celicah
Prokariontske celice, kot so enocelične bakterije brez jedra, so prav tako podvržene genetski rekombinaciji. V tem primeru so geni ene bakterije vključeni v genom druge s križanjem. Bakterijska rekombinacija se izvaja s procesi konjugacije, transformacije ali transdukcije.
V konjugaciji je ena bakterija povezana z drugo preko proteinske cevaste strukture. V procesu transformacije prokarioti jemljejo DNK iz okolja. Najpogosteje prihajajo iz mrtvih celic.
Pri transdukciji se DNK izmenja preko virusa, ki okuži bakterije, znanega kot bakteriofag. Ko je tuja celica ponotranjena s konjugacijo, transformacijo ali transdukcijo,bakterija lahko vstavi svoje segmente v lastno DNK. Ta prenos se izvede s križanjem in vodi do ustvarjanja rekombinantne bakterijske celice.
