Recombinarea genelor este schimbul de material genetic între diferite organisme. Are ca rezultat producerea de urmași cu combinații de trăsături care diferă de cele găsite la ambii părinți. Majoritatea acestor schimburi genetice au loc în mod natural.
Cum se întâmplă
Recombinarea genelor începe ca urmare a separării genelor în timpul formării gameților în timpul meiozei, fertilizării și încrucișării. Încrucișarea permite alelelor de pe moleculele de ADN să își schimbe poziția de la un segment de cromozom omolog la altul. Recombinarea este responsabilă pentru diversitatea genetică a unei specii sau a unei populații.
Structura cromozomală
Cromozomii sunt localizați în interiorul nucleului celulelor. Ele sunt formate din cromatină, o masă de material genetic format din ADN care este înfășurată strâns în jurul proteinelor numite histone. Cromozomul este de obicei monocatenar și constă dintr-o regiune centromeră care leagă regiunile lungi și scurte.
Duplicarea cromozomilor
Când o celulă intră în ciclul său de viață, cromozomii eisunt duplicate prin replicarea ADN-ului în pregătirea diviziunii. Fiecare cromozom duplicat este format din doi cromozomi identici, numiti cromatide surori. Ele sunt asociate cu regiunea centromerului. Când celulele se divid, se formează seturi perechi. Ele constau dintr-un cromozom (omolog) de la fiecare părinte.
Schimb cromozomal
Recombinarea genelor în timpul încrucișării a fost descrisă pentru prima dată de Thomas Hunt Morgan. La eucariote, aceasta este facilitată de încrucișarea cromozomilor. Procesul de încrucișare are ca rezultat ca descendenții să aibă diferite combinații de gene și pot produce noi alele himerice. Acest lucru permite organismelor cu reproducere sexuală să evite clichetul lui Moeller, în care genomul unei populații asexuate acumulează deleții genetice într-o manieră ireversibilă.
În timpul profezei I, cele patru cromatide sunt strâns legate. În această formațiune, situsurile omoloage de pe două molecule se pot împerechea strâns între ele și pot face schimb de informații genetice. Recombinarea genelor poate avea loc oriunde de-a lungul cromozomului. Frecvența dintre două puncte depinde de distanța care le separă.
Semnificat
Urmărirea mișcării genelor ca urmare a încrucișărilor s-a dovedit a fi foarte utilă pentru geneticieni. Acest lucru face posibilă determinarea cât de departe sunt două gene pe un cromozom. De asemenea, știința poate folosi această metodă pentru a deduce prezența anumitor gene. O moleculă dintr-o pereche legată servește ca marker pentru a detecta prezența celeil alte. Este folosit pentru a detecta prezența agenților patogenigene.
Frecvența recombinării dintre doi loci observați este valoarea de intersecție. Depinde de distanța reciprocă a focarelor genetice observate. Pentru orice set fix de condiții de mediu, recombinarea într-o anumită regiune a structurii de legătură (cromozomul) tinde să fie constantă. Același lucru este valabil și pentru valoarea de intersecție, care este utilizată atunci când se generează hărți genetice.
Meioza
Încrucișarea cromozomială implică schimbul de cromozomi perechi moșteniți de la fiecare părinte. Meioza, ca bază a recombinării genelor, joacă un rol important în acest proces. Modelele moleculare ale acestui proces au evoluat de-a lungul anilor pe măsură ce s-au acumulat dovezi. Noul model demonstrează că două dintre cele patru cromatide prezente la începutul meiozei (profaza I) sunt împerecheate între ele și sunt capabile să interacționeze. În ea are loc recombinarea cromozomilor și a genelor. Cu toate acestea, explicațiile funcției adaptative a meiozei care se concentrează exclusiv pe intersecție sunt insuficiente pentru majoritatea evenimentelor de schimb.
Mitoză și cromozomi neomologi
În celulele eucariote, încrucișarea poate apărea și în timpul mitozei. Rezultă două celule cu material genetic identic. Orice încrucișare care apare între cromozomi omologi în mitoză nu produce o nouă combinație de gene.
Încrucișarea care are loc în cromozomii neomologi poate produce o mutație cunoscută catranslocare. Apare atunci când un segment al unui cromozom se separă și se mută într-o nouă poziție pe o moleculă neomoloagă. Acest tip de mutație poate fi periculos, deoarece duce adesea la dezvoltarea celulelor canceroase.
Conversie de gene
Când genele sunt transformate, o parte din materialul genetic este copiată de la un cromozom la altul fără a schimba donatorul. Conversia genelor are loc la o frecvență ridicată în locația actuală. Acesta este procesul prin care o secvență de ADN este copiată de la o spirală la alta. Recombinarea genelor și cromozomilor a fost studiată în încrucișări fungice, unde este convenabil să se observe cele patru produse ale meiozelor individuale. Evenimentele de conversie genetică pot fi distinse ca abateri ale diviziunii celulare individuale de la segregarea normală 2:2.
Inginerie genetică
Recombinarea genelor poate fi artificială și deliberată. Este folosit pe fragmente de ADN disparate, adesea din organisme diferite. Astfel, se obține ADN recombinant. Recombinarea artificială poate fi utilizată pentru a adăuga, elimina sau modifica genele unui organism. Această metodă este importantă pentru cercetarea biomedicală în domeniul ingineriei genetice și proteice.
Recuperare recombinantă
În timpul mitozei și meiozei, ADN-ul deteriorat de diverși factori exogeni poate fi salvat prin etapa de reparare omoloagă (HRS). La oameni și rozătoare, o deficiență a produselor genetice necesare pentru FGF în timpul meiozei cauzează infertilitate.
Bacteriitransformarea este procesul de transfer de gene care are loc de obicei între celule individuale ale aceleiași specii. Aceasta implică integrarea ADN-ului donatorului în cromozomul receptorului prin recombinare genică. Acest proces este o adaptare pentru a repara celulele deteriorate. Transformarea poate aduce beneficii bacteriilor patogene, permițând repararea daunelor ADN care au loc în mediul inflamator, oxidativ asociat cu infecția gazdei.
Când doi sau mai mulți viruși, fiecare conținând leziuni genomice letale, infectează aceeași celulă gazdă, genomul se poate împerechea unul cu celăl alt și trece prin FGP pentru a produce descendenți viabili. Acest proces se numește reactivare a multiplicității. A fost studiat în mai multe viruși patogeni.
Recombinare în celule procariote
Celulele procariote, precum bacteriile unicelulare fără nucleu, sunt supuse, de asemenea, recombinării genetice. În acest caz, genele unei bacterii sunt incluse în genomul alteia prin încrucișare. Recombinarea bacteriană se realizează prin procesele de conjugare, transformare sau transducție.
În conjugare, o bacterie este conectată la alta printr-o structură tubulară proteică. În procesul de transformare, procariotele preiau ADN din mediu. Cel mai adesea provin din celule moarte.
În transducție, ADN-ul este schimbat printr-un virus care infectează bacterii, cunoscut sub numele de bacteriofag. Odată ce celula străină este interiorizată prin conjugare, transformare sau transducție,bacteria își poate introduce segmentele în propriul său ADN. Acest transfer se realizează prin încrucișare și duce la crearea unei celule bacteriene recombinante.
