A génrekombináció a genetikai anyag cseréje a különböző organizmusok között. Ez olyan utódok létrejöttét eredményezi, amelyek tulajdonságai különböznek a mindkét szülőben megtalálható tulajdonságoktól. A legtöbb ilyen genetikai csere a természetben történik.
Hogyan történik
A gének rekombinációja a meiózis, a megtermékenyítés és a keresztezés során az ivarsejtek képződése során bekövetkező gének szétválásával kezdődik. A kereszteződés lehetővé teszi a DNS-molekulákon lévő allélok helyzetének megváltoztatását az egyik homológ kromoszómaszegmensről a másikra. A rekombináció felelős egy faj vagy populáció genetikai sokféleségéért.
Kromoszómaszerkezet
A kromoszómák a sejtmag belsejében találhatók. Kromatinból, DNS-ből álló genetikai anyag tömegéből képződnek, amely szorosan a hisztonoknak nevezett fehérjék köré tekered. A kromoszóma általában egyszálú, és egy centromer régióból áll, amely összeköti a hosszú és rövid régiókat.
Kromoszómák duplikációja
Amikor egy sejt belép életciklusába, kromoszómáibaDNS-replikációval megkettőződnek, előkészítve az osztódást. Minden duplikált kromoszóma két azonos kromoszómából áll, ezeket testvérkromatidáknak nevezzük. A centromer régióhoz kapcsolódnak. Amikor a sejtek osztódnak, páros halmazok jönnek létre. Mindegyik szülőtől egy kromoszómából (homológ) állnak.
kromoszómacsere
A génrekombinációt az átkelés során először Thomas Hunt Morgan írta le. Az eukariótákban ezt a kromoszómák kereszteződése segíti elő. A keresztezés folyamata azt eredményezi, hogy az utódok különböző génkombinációkat tartalmaznak, és új kiméra allélokat termelhetnek. Ez lehetővé teszi az ivarosan szaporodó szervezetek számára, hogy elkerüljék a Moeller-féle racsnit, amelyben egy aszexuális populáció genomja visszafordíthatatlan módon halmoz fel genetikai deléciókat.
Az I. próba során a négy kromatid szorosan összekapcsolódik. Ebben a formációban két molekulán lévő homológ helyek szorosan párosulhatnak egymással, és genetikai információkat cserélhetnek. A génrekombináció bárhol megtörténhet a kromoszóma mentén. Két pont közötti gyakorisága az őket elválasztó távolságtól függ.
Jelentés
A gének keresztezések eredményeként történő mozgásának nyomon követése nagyon hasznosnak bizonyult a genetikusok számára. Ez lehetővé teszi annak meghatározását, hogy két gén milyen messze van egymástól egy kromoszómán. A tudomány ezzel a módszerrel bizonyos gének jelenlétére is képes következtetni. A kötött párban lévő egyik molekula markerként szolgál a másik jelenlétének kimutatására. A kórokozók jelenlétének kimutatására szolgálgének.
A két megfigyelt lókusz közötti rekombináció gyakorisága a metszésérték. Ez a megfigyelt genetikai gócok kölcsönös távolságától függ. A környezeti feltételek bármely rögzített halmaza esetén a kötésszerkezet egy adott régiójában (a kromoszómában) a rekombináció általában állandó. Ugyanez igaz a metszéspont értékére is, amelyet a genetikai térképek generálásakor használnak.
Meiosis
A kromoszómális keresztezés magában foglalja az egyes szülőktől örökölt kromoszómák páros cseréjét. Ebben a folyamatban fontos szerepet játszik a meiózis, mint a génrekombináció alapja. Ennek a folyamatnak a molekuláris modelljei fejlődtek az évek során, ahogy a bizonyítékok felhalmozódtak. Az új modell azt mutatja, hogy a meiózis kezdetén jelenlévő négy kromatid közül kettő (I. profázis) párosul egymással, és képesek kölcsönhatásba lépni. A kromoszómák és a gének rekombinációja megy végbe benne. A meiózis adaptív funkciójának magyarázata azonban, amely kizárólag a metszéspontra összpontosít, a legtöbb csereeseményhez nem elegendő.
Mitózis és nem homológ kromoszómák
Eukarióta sejtekben keresztezés a mitózis során is előfordulhat. Ez két azonos genetikai anyagú sejtet eredményez. A homológ kromoszómák között a mitózisban előforduló keresztezés nem eredményezi a gének új kombinációját.
A nem homológ kromoszómákban előforduló keresztezés az úgynevezett mutációt eredményezhetitranszlokáció. Akkor fordul elő, amikor a kromoszóma egy szegmense elválik egy nem homológ molekulától, és új pozícióba kerül. Ez a fajta mutáció veszélyes lehet, mivel gyakran rákos sejtek kialakulásához vezet.
Génkonverzió
A gének transzformációja során a genetikai anyag egy része az egyik kromoszómáról a másikra másolódik a donor megváltoztatása nélkül. A génkonverzió nagy gyakorisággal megy végbe a tényleges helyen. Ez az a folyamat, amelynek során egy DNS-szekvenciát az egyik hélixből a másikba másolnak. A gének és kromoszómák rekombinációját gombák keresztezéseiben vizsgálták, ahol kényelmes megfigyelni az egyes meiózisok négy termékét. A génkonverziós események megkülönböztethetők az egyéni sejtosztódásban a normál 2:2 szegregációtól való eltérésként.
Géntechnológia
A génrekombináció lehet mesterséges és szándékos. Különféle DNS-fragmenseken használják, gyakran különböző szervezetekből. Így rekombináns DNS-t kapunk. A mesterséges rekombináció felhasználható egy szervezet génjeinek hozzáadására, eltávolítására vagy megváltoztatására. Ez a módszer fontos az orvosbiológiai kutatások számára a gén- és fehérjetechnológia területén.
Rekombináns helyreállítás
A mitózis és a meiózis során a különböző exogén tényezők által károsodott DNS megmenthető a homológ javítási lépéssel (HRS). Emberekben és rágcsálókban az FGF-hez szükséges géntermékek hiánya a meiózis során meddőséget okoz.
BaktériumokA transzformáció az a génátviteli folyamat, amely általában ugyanazon faj egyes sejtjei között megy végbe. Ez magában foglalja a donor DNS integrációját a recipiens kromoszómájába génrekombináció révén. Ez a folyamat egy alkalmazkodás a sérült sejtek helyreállításához. Az átalakulás előnyös lehet a patogén baktériumok számára azáltal, hogy lehetővé teszi a gazdafertőzéssel összefüggő gyulladásos, oxidatív környezetben fellépő DNS-károsodás helyreállítását.
Amikor két vagy több vírus, amelyek mindegyike halálos genomiális károsodást tartalmaz, ugyanazt a gazdasejtet fertőzi meg, a genomok párosodhatnak egymással, és átjutnak az FGP-n, hogy életképes utódokat hozzon létre. Ezt a folyamatot többszörös újraaktiválásnak nevezik. Számos patogén víruson tanulmányozták.
Rekombináció prokarióta sejtekben
A prokarióta sejtek, mint a sejtmag nélküli egysejtű baktériumok, szintén genetikai rekombináción mennek keresztül. Ebben az esetben az egyik baktérium génjei keresztezéssel bekerülnek egy másik baktérium genomjába. A bakteriális rekombinációt konjugációs, transzformációs vagy transzdukciós folyamatok hajtják végre.
A konjugáció során az egyik baktérium egy fehérjecső alakú szerkezeten keresztül kapcsolódik a másikhoz. Az átalakulás során a prokarióták DNS-t vesznek el a környezetből. Leggyakrabban elh alt sejtekből származnak.
A transzdukció során a DNS kicserélődik egy baktériumokat megfertőző víruson, az úgynevezett bakteriofágon keresztül. Miután az idegen sejt internalizálódik konjugáció, transzformáció vagy transzdukció révén,a baktérium be tudja illeszteni szegmenseit saját DNS-ébe. Ez az átvitel keresztezéssel történik, és egy rekombináns baktériumsejt létrehozásához vezet.
