Genetische recombinatie en kruising

wildpixel/Getty Images

Genetische recombinatie verwijst naar het proces van het recombineren van genen om nieuwe gencombinaties te produceren die verschillen van die van beide ouders. Genetische recombinatie produceert genetische variatie in organismen die zich seksueel voortplanten.

Recombinatie versus oversteken

Genetische recombinatie vindt plaats als gevolg van de scheiding van genen die optreedt tijdens de vorming van gameten in meiosis , de willekeurige vereniging van deze genen bij de bevruchting en de overdracht van genen die plaatsvindt tussen chromosoomparen in een proces dat bekend staat als oversteken.

Door over te steken kunnen allelen op DNA-moleculen van positie veranderen van het ene homologe chromosoomsegment naar het andere. Genetische recombinatie is verantwoordelijk voor de genetische diversiteit in een soort of populatie.

Als voorbeeld van oversteken kun je denken aan twee stukken touw van een meter lang die op een tafel naast elkaar liggen. Elk stuk touw vertegenwoordigt een chromosoom. Een is rood. Een is blauw. Kruis nu het ene stuk over het andere om een ​​'X' te vormen. Terwijl de touwen worden gekruist, gebeurt er iets interessants: een segment van 2,5 cm van het ene uiteinde van het rode touw breekt af. Het wisselt van plaats met een segment van 2,5 cm er parallel aan op het blauwe touw. Dus nu lijkt het alsof een lange streng rood touw een stuk blauw van 2,5 cm heeft aan het uiteinde, en op dezelfde manier heeft het blauwe touw een rood segment van 2,5 cm aan het uiteinde.

Chromosoomstructuur

chromosomen bevinden zich in de kern van onze cellen en worden gevormd uit chromatine (massa genetisch materiaal bestaande uit DNA dat strak is opgerold rond eiwitten die histonen worden genoemd). Een chromosoom is typisch enkelstrengs en bestaat uit een centromeergebied dat een lange-armregio (q-arm) verbindt met een korte-armregio (p-arm).

Chromosoomduplicatie

Wanneer een cel de celcyclus binnengaat, dupliceren zijn chromosomen via DNA-replicatie ter voorbereiding op de celdeling. Elk gedupliceerd chromosoom bestaat uit twee identieke chromosomen, zusterchromatiden genaamd, die zijn verbonden met het centromeergebied. Tijdens celdeling vormen chromosomen gepaarde sets bestaande uit één chromosoom van elke ouder. Deze chromosomen, bekend als homologe chromosomen, zijn vergelijkbaar in lengte, genpositie en centromeerlocatie.

Oversteken in meiose

Genetische recombinatie waarbij oversteken plaatsvindt, vindt plaats tijdens profase I van meiose bij de productie van geslachtscellen.

De gedupliceerde paren chromosomen (zusterchromatiden) die door elke ouder zijn gedoneerd, liggen dicht bij elkaar en vormen wat een tetrad wordt genoemd. Een tetrad is samengesteld uit vier chromatiden .

Omdat de twee zusterchromatiden dicht bij elkaar zijn uitgelijnd, kan een chromatide van het maternale chromosoom posities kruisen met een chromatide van het vaderlijke chromosoom. Deze gekruiste chromatiden worden een chiasma genoemd.

Cross-over vindt plaats wanneer het chiasma breekt en de gebroken chromosoomsegmenten worden overgeschakeld op homologe chromosomen. Het gebroken chromosoomsegment van het maternale chromosoom wordt verbonden met het homologe vaderlijke chromosoom en vice versa.

Aan het einde van de meiose zal elke resulterende haploïde cel een van de vier chromosomen bevatten. Twee van de vier cellen zullen één recombinant chromosoom bevatten.

Oversteken bij mitose

In eukaryote cellen (die met een gedefinieerde kern) kan oversteken ook plaatsvinden tijdens: mitose .

Somatische cellen (niet-geslachtscellen) ondergaan mitose om twee verschillende cellen met identiek genetisch materiaal te produceren. Als zodanig produceert elke cross-over die optreedt tussen homologe chromosomen in mitose geen nieuwe combinatie van genen.

Niet-homologe chromosomen

Cross-over die optreedt in niet-homologe chromosomen kan een soort chromosoom mutatie bekend als een translocatie.

Een translocatie vindt plaats wanneer een chromosoomsegment loskomt van het ene chromosoom en naar een nieuwe positie op een ander niet-homoloog chromosoom beweegt. Dit type mutatie kan gevaarlijk zijn omdat het vaak leidt tot de ontwikkeling van kankercellen.

Recombinatie in prokaryotische cellen

Prokaryotische cellen , zoals bacteriën die eencellig zijn zonder kern, ondergaan ook genetische recombinatie. Hoewel bacteriën zich meestal voortplanten door binaire splitsing, produceert deze reproductiewijze geen genetische variatie. Bij bacteriële recombinatie worden genen van de ene bacterie door middel van oversteken in het genoom van een andere bacterie opgenomen. Bacteriële recombinatie wordt bereikt door de processen van conjugatie, transformatie of transductie.

In conjugatie verbindt de ene bacterie zich met de andere via een eiwitbuisstructuur die een pilus wordt genoemd. Via dit buisje worden genen van de ene bacterie op de andere overgedragen.

Bij transformatie nemen bacteriën DNA op uit hun omgeving. De DNA-resten in de omgeving zijn meestal afkomstig van dode bacteriecellen.

In transductie wordt bacterieel DNA uitgewisseld via een virus dat bacteriën infecteert die bekend staan ​​als bacteriofaag. Zodra het vreemde DNA door een bacterie is geïnternaliseerd via conjugatie, transformatie of transductie, kan de bacterie segmenten van het DNA in zijn eigen DNA invoegen. Deze DNA-overdracht vindt plaats via kruising en resulteert in de vorming van een recombinante bacteriële cel.