Geenrekombinasie is die uitruil van genetiese materiaal tussen verskillende organismes. Dit lei tot die produksie van nageslag met kombinasies van eienskappe wat verskil van dié wat by albei ouers gevind word. Die meeste van hierdie genetiese uitruilings vind natuurlik plaas.
Hoe dit gebeur
Geen-rekombinasie begin as gevolg van die skeiding van gene tydens die vorming van gamete tydens meiose, bevrugting en kruising. Kruising laat allele op DNA-molekules toe om van een homoloë chromosoomsegment na 'n ander posisie te verander. Rekombinasie is verantwoordelik vir die genetiese diversiteit van 'n spesie of bevolking.
Chromosoomstruktuur
Chromosome is in die kern van selle geleë. Hulle word gevorm uit chromatien, 'n massa genetiese materiaal gemaak van DNA wat styf toegedraai is om proteïene wat histone genoem word. Die chromosoom is gewoonlik enkelstrengig en bestaan uit 'n sentromeergebied wat die lang en kort streke verbind.
Duplisering van chromosome
Wanneer 'n sel sy lewensiklus binnegaan, sy chromosomeword gedupliseer deur DNA-replikasie ter voorbereiding vir deling. Elke gedupliseerde chromosoom bestaan uit twee identiese chromaties, genoem susterchromatiede. Hulle word geassosieer met die sentromeerstreek. Wanneer selle verdeel, word gepaarde stelle gevorm. Hulle bestaan uit een chromosoom (homoloë) van elke ouer.
Chromosomale uitruil
Geen-herkombinasie tydens oorkruising is die eerste keer deur Thomas Hunt Morgan beskryf. By eukariote word dit deur chromosoomkruising vergemaklik. Die proses van kruising lei daartoe dat die nageslag verskillende kombinasies van gene het en nuwe chimeriese allele kan produseer. Dit laat seksueel voortplantende organismes toe om Moeller se ratel te vermy, waarin die genome van 'n ongeslagtelike bevolking genetiese delesies op 'n onomkeerbare wyse ophoop.
Tydens profase I is die vier chromatiede styf verbind. In hierdie formasie kan homoloë plekke op twee molekules nou met mekaar koppel en genetiese inligting uitruil. Geenrekombinasie kan oral langs die chromosoom plaasvind. Die frekwensie daarvan tussen twee punte hang af van die afstand wat hulle skei.
Betekenis
Om die beweging van gene na te spoor as gevolg van oorkruisings, het bewys dat dit baie nuttig is vir genetici. Dit maak dit moontlik om te bepaal hoe ver van mekaar twee gene op 'n chromosoom is. Die wetenskap kan ook hierdie metode gebruik om die teenwoordigheid van sekere gene af te lei. Een molekule in 'n gebonde paar dien as 'n merker om die teenwoordigheid van die ander op te spoor. Dit word gebruik om die teenwoordigheid van patogene op te spoorgene.
Die frekwensie van rekombinasie tussen twee waargenome lokusse is die snywaarde. Dit hang af van die onderlinge afstand van die waargenome genetiese brandpunte. Vir enige vaste stel omgewingstoestande, is rekombinasie in 'n spesifieke streek van die bindingstruktuur (die chromosoom) geneig om konstant te wees. Dieselfde geld vir die kruisingswaarde, wat gebruik word wanneer genetiese kaarte gegenereer word.
Meiosis
Chromosomale oorkruising behels die uitruil van gepaarde chromosome wat van elke ouer geërf word. Meiose, as die basis van geen-rekombinasie, speel 'n belangrike rol in hierdie proses. Molekulêre modelle van hierdie proses het oor die jare ontwikkel soos bewyse opgehoop het. Die nuwe model demonstreer dat twee van die vier chromatiede wat aan die begin van meiose (profase I) teenwoordig is, met mekaar gepaard is en in staat is om te reageer. Rekombinasie van chromosome en gene vind daarin plaas. Verduidelikings van die aanpasbare funksie van meiose wat slegs op kruising fokus, is egter onvoldoende vir die meeste uitruilgebeurtenisse.
Mitose en nie-homologe chromosome
In eukariotiese selle kan oorkruising ook tydens mitose plaasvind. Dit lei tot twee selle met identiese genetiese materiaal. Enige oorkruising wat plaasvind tussen homoloë chromosome in mitose produseer nie 'n nuwe kombinasie van gene nie.
Kruising wat in nie-homologe chromosome voorkom, kan 'n mutasie veroorsaak wat bekend staan astranslokasie. Dit vind plaas wanneer 'n segment van 'n chromosoom skei van en beweeg na 'n nuwe posisie op 'n nie-homologe molekule. Hierdie tipe mutasie kan gevaarlik wees aangesien dit dikwels lei tot die ontwikkeling van kankerselle.
Geenomskakeling
Wanneer gene getransformeer word, word 'n deel van die genetiese materiaal van een chromosoom na 'n ander gekopieer sonder om die skenker te verander. Geenomskakeling vind op 'n hoë frekwensie in die werklike plek plaas. Dit is die proses waardeur 'n DNS-volgorde van een heliks na 'n ander gekopieer word. Rekombinasie van gene en chromosome is bestudeer in swamkruisings, waar dit gerieflik is om die vier produkte van individuele meioses waar te neem. Geenomskakelingsgebeure kan onderskei word as afwykings in individuele seldeling van normale 2:2-segregasie.
Geeningenieurswese
Geen-herkombinasie kan kunsmatig en doelbewus wees. Dit word gebruik op uiteenlopende DNA-fragmente, dikwels van verskillende organismes. Rekombinante DNA word dus verkry. Kunsmatige rekombinasie kan gebruik word om 'n organisme se gene by te voeg, te verwyder of te verander. Hierdie metode is belangrik vir biomediese navorsing op die gebied van genetiese en proteïen-ingenieurswese.
Rekombinante herstel
Gedurende mitose en meiose kan DNA wat deur verskeie eksogene faktore beskadig is, deur die homoloë herstelstap (HRS) gered word. By mense en knaagdiere veroorsaak 'n tekort aan die geenprodukte wat benodig word vir FGF tydens meiose onvrugbaarheid.
Bakterieëtransformasie is die proses van geenoordrag wat gewoonlik tussen individuele selle van dieselfde spesie plaasvind. Dit behels die integrasie van skenker-DNS in die ontvanger se chromosoom deur geen-rekombinasie. Hierdie proses is 'n aanpassing om beskadigde selle te herstel. Transformasie kan patogeniese bakterieë bevoordeel deur die herstel van DNA-skade wat plaasvind in die inflammatoriese, oksidatiewe omgewing wat met gasheerinfeksie geassosieer word, moontlik te maak.
Wanneer twee of meer virusse, wat elk dodelike genomiese skade bevat, dieselfde gasheersel besmet, kan die genome met mekaar paar en deur die FGP gaan om lewensvatbare nageslag te produseer. Hierdie proses word meervoudigheidsheraktivering genoem. Dit is in verskeie patogene virusse bestudeer.
Rekombinasie in prokariotiese selle
Prokariotiese selle, soos eensellige bakterieë sonder 'n kern, ondergaan ook genetiese rekombinasie. In hierdie geval word die gene van een bakterie deur kruising in die genoom van 'n ander ingesluit. Bakteriële rekombinasie word uitgevoer deur die prosesse van vervoeging, transformasie of transduksie.
In vervoeging word een bakterie aan 'n ander verbind deur 'n proteïenbuisstruktuur. In die proses van transformasie neem prokariote DNA uit die omgewing. Hulle kom meestal van dooie selle af.
In transduksie word DNS uitgeruil deur 'n virus wat bakterieë, bekend as 'n bakteriofaag, infekteer. Sodra die vreemde sel geïnternaliseer is deur vervoeging, transformasie of transduksie,die bakterie kan sy segmente in sy eie DNA invoeg. Hierdie oordrag word uitgevoer deur kruising en lei tot die skepping van 'n rekombinante bakteriese sel.
