Genų rekombinacija – tai genetinės medžiagos mainai tarp skirtingų organizmų. Dėl to gimsta palikuonys su savybių deriniais, kurie skiriasi nuo abiejų tėvų. Dauguma šių genetinių mainų vyksta natūraliai.
Kaip tai atsitinka
Genų rekombinacija prasideda dėl genų atsiskyrimo formuojantis gametoms mejozės, apvaisinimo ir kryžminimo metu. Kryžminimas leidžia DNR molekulių alelams pakeisti padėtį iš vieno homologinio chromosomos segmento į kitą. Rekombinacija yra atsakinga už rūšies ar populiacijos genetinę įvairovę.
Chromosomų struktūra
Chromosomos yra ląstelių branduolio viduje. Jie susidaro iš chromatino – genetinės medžiagos masės, sudarytos iš DNR, kuri yra tvirtai apvyniota aplink b altymus, vadinamus histonais. Chromosoma paprastai yra viengrandė ir susideda iš centromeros srities, jungiančios ilgąsias ir trumpąsias sritis.
Chromosomų dubliavimasis
Kai ląstelė pradeda savo gyvavimo ciklą, jos chromosomosyra dubliuojami per DNR replikaciją ruošiantis dalijimui. Kiekviena pasikartojanti chromosoma susideda iš dviejų identiškų, vadinamų seserinėmis chromatidėmis. Jie yra susiję su centromerų sritimi. Kai ląstelės dalijasi, susidaro suporuoti rinkiniai. Jas sudaro viena chromosoma (homologinė) iš kiekvieno iš tėvų.
Chromosomų mainai
Genų rekombinaciją perėjimo metu pirmą kartą aprašė Thomas Huntas Morganas. Eukariotuose tai palengvina chromosomų kryžminimas. Kryžminimo procesas lemia tai, kad palikuonys turi skirtingus genų derinius ir gali sukurti naujus chimerinius alelius. Tai leidžia lytiškai besidauginantiems organizmams išvengti Moellerio reketo, kai aseksualios populiacijos genomai negrįžtamai kaupia genetines delecijas.
I fazės metu keturios chromatidės yra glaudžiai sujungtos. Šioje formoje homologinės vietos dviejose molekulėse gali glaudžiai susieti viena su kita ir keistis genetine informacija. Genų rekombinacija gali įvykti bet kurioje chromosomos vietoje. Jo dažnis tarp dviejų taškų priklauso nuo juos skiriančio atstumo.
Reikšmė
Genų judėjimo, atsirandančio dėl kryžminimo, sekimas genetikams pasirodė esąs labai naudingas. Tai leidžia nustatyti, kokiu atstumu vienas nuo kito yra du genai chromosomoje. Mokslas taip pat gali naudoti šį metodą, kad padarytų išvadą apie tam tikrų genų buvimą. Viena susietos poros molekulė tarnauja kaip žymeklis, leidžiantis nustatyti kitos buvimą. Jis naudojamas patogenų buvimui nustatytigenai.
Rekombinacijos tarp dviejų stebimų lokusų dažnis yra susikirtimo reikšmė. Tai priklauso nuo stebimų genetinių židinių tarpusavio atstumo. Esant bet kokiam fiksuotam aplinkos sąlygų rinkiniui, rekombinacija tam tikrame ryšio struktūros regione (chromosomoje) yra pastovi. Tas pats pasakytina ir apie sankirtos reikšmę, kuri naudojama generuojant genetinius žemėlapius.
Mejozė
Chromosomų kryžminimas apima keitimąsi suporuotomis chromosomomis, paveldėtomis iš kiekvieno iš tėvų. Mejozė, kaip genų rekombinacijos pagrindas, vaidina svarbų vaidmenį šiame procese. Daugėjant įrodymų, šio proceso molekuliniai modeliai vystėsi bėgant metams. Naujasis modelis rodo, kad dvi iš keturių chromatidžių, esančių mejozės pradžioje (I fazė), yra suporuotos viena su kita ir gali sąveikauti. Jame vyksta chromosomų ir genų rekombinacija. Tačiau paaiškinimų apie adaptyviąją mejozės funkciją, sutelkiant dėmesį tik į susikirtimą, daugeliui mainų įvykių nepakanka.
Mitozė ir nehomologinės chromosomos
Eukariotinėse ląstelėse kryžminimasis gali įvykti ir mitozės metu. Dėl to susidaro dvi ląstelės su identiška genetine medžiaga. Bet koks kryžminimas, vykstantis tarp homologinių chromosomų mitozėje, nesukuria naujo genų derinio.
Kryžimas nehomologinėse chromosomose gali sukelti mutaciją, vadinamąperkėlimas. Jis atsiranda, kai chromosomos segmentas atsiskiria nuo nehomologinės molekulės ir pereina į naują padėtį. Šio tipo mutacijos gali būti pavojingos, nes dažnai sukelia vėžinių ląstelių vystymąsi.
Genų konvertavimas
Kai genai transformuojami, dalis genetinės medžiagos nukopijuojama iš vienos chromosomos į kitą nekeičiant donoro. Genų konversija tikroje vietoje vyksta dideliu dažniu. Tai procesas, kurio metu DNR seka nukopijuojama iš vienos spiralės į kitą. Genų ir chromosomų rekombinacija buvo tiriama grybų kryžminimo būdu, kur patogu stebėti keturis atskirų mejozių produktus. Genų konversijos įvykius galima atskirti kaip atskirų ląstelių dalijimosi nukrypimus nuo įprastos 2:2 segregacijos.
Genų inžinerija
Genų rekombinacija gali būti dirbtinė ir apgalvota. Jis naudojamas skirtingiems DNR fragmentams, dažnai iš skirtingų organizmų. Taip gaunama rekombinantinė DNR. Dirbtinė rekombinacija gali būti naudojama norint pridėti, pašalinti arba pakeisti organizmo genus. Šis metodas svarbus biomedicininiams tyrimams genetinės ir b altymų inžinerijos srityje.
Rekombinantinis atkūrimas
Mitozės ir mejozės metu DNR, pažeista įvairių egzogeninių veiksnių, gali būti išsaugota homologinio remonto žingsniu (HRS). Žmonėms ir graužikams genų produktų, reikalingų FGF, trūkumas mejozės metu sukelia nevaisingumą.
Bakterijostransformacija yra genų perdavimo procesas, kuris paprastai vyksta tarp atskirų tos pačios rūšies ląstelių. Tai apima donoro DNR integravimą į recipiento chromosomą genų rekombinacijos būdu. Šis procesas yra prisitaikymas atkurti pažeistas ląsteles. Transformacija gali būti naudinga patogeninėms bakterijoms, nes tai leidžia atitaisyti DNR pažeidimus, atsirandančius uždegiminėje, oksidacinėje aplinkoje, susijusioje su šeimininko infekcija.
Kai du ar daugiau virusų, kurių kiekvienas turi mirtinų genomo pažeidimų, užkrečia tą pačią ląstelę šeimininką, genomai gali poruotis vienas su kitu ir pereiti per FGP, kad susilauktų gyvybingų palikuonių. Šis procesas vadinamas daugybiniu pakartotiniu aktyvavimu. Jis buvo tiriamas su keliais patogeniniais virusais.
Rekombinacija prokariotinėse ląstelėse
Prokariotinės ląstelės, kaip ir vienaląstės bakterijos be branduolio, taip pat patiria genetinę rekombinaciją. Tokiu atveju vienos bakterijos genai kryžminimo būdu įtraukiami į kitos bakterijos genomą. Bakterijų rekombinacija atliekama konjugacijos, transformacijos arba transdukcijos procesais.
Konjugacijoje viena bakterija yra sujungta su kita per b altymo kanalėlių struktūrą. Transformacijos procese prokariotai paima DNR iš aplinkos. Dažniausiai jie atsiranda iš negyvų ląstelių.
Transdukcijos metu DNR keičiasi per virusą, kuris užkrečia bakterijas, vadinamą bakteriofagu. Kai svetima ląstelė yra internalizuota per konjugaciją, transformaciją ar transdukciją,bakterija gali įterpti savo segmentus į savo DNR. Šis perkėlimas atliekamas kryžminant ir sukuriama rekombinantinė bakterinė ląstelė.
