Geeni rekombinatsioon on geneetilise materjali vahetus erinevate organismide vahel. Selle tulemuseks on järglaste saamine, mille tunnuste kombinatsioonid erinevad mõlema vanema tunnustest. Enamik neist geneetilistest vahetustest toimub loomulikult.
Kuidas see juhtub
Geenide rekombinatsioon algab geenide eraldumise tulemusena sugurakkude moodustumisel meioosi, viljastumise ja ristumise käigus. Ristumine võimaldab DNA molekulide alleelidel muuta positsiooni ühest homoloogsest kromosoomi segmendist teise. Rekombinatsioon vastutab liigi või populatsiooni geneetilise mitmekesisuse eest.
Kromosoomi struktuur
Kromosoomid asuvad rakutuumas. Need moodustuvad kromatiinist, DNA-st valmistatud geneetilise materjali massist, mis on tihed alt mähitud valkude ümber, mida nimetatakse histoonideks. Kromosoom on tavaliselt üheahelaline ja koosneb tsentromeeri piirkonnast, mis ühendab pikki ja lühikesi piirkondi.
Kromosoomide dubleerimine
Kui rakk siseneb oma elutsüklisse, oma kromosoomidessejagunemiseks valmistudes dubleeritakse DNA replikatsiooni teel. Iga dubleeritud kromosoom koosneb kahest identsest kromosoomist, mida nimetatakse sõsarkromatiidideks. Need on seotud tsentromeeri piirkonnaga. Kui rakud jagunevad, moodustuvad paariskomplektid. Need koosnevad ühest kromosoomist (homoloogsest) ig alt vanem alt.
Kromosoomivahetus
Geeni rekombinatsiooni ületamise ajal kirjeldas esmakordselt Thomas Hunt Morgan. Eukarüootidel soodustab seda kromosoomide ristumine. Ristumise protsessi tulemuseks on see, et järglastel on erinevad geenikombinatsioonid ja nad võivad toota uusi kimäärseid alleele. See võimaldab sugulisel teel paljunevatel organismidel vältida Moelleri põrkakat, mille käigus aseksuaalse populatsiooni genoomid koguvad pöördumatult geneetilisi deletsioone.
I profaasi ajal on neli kromatiidi tihed alt seotud. Selles moodustises võivad kahe molekuli homoloogsed saidid üksteisega tihed alt siduda ja geneetilist teavet vahetada. Geenide rekombinatsioon võib toimuda kõikjal kromosoomis. Selle sagedus kahe punkti vahel sõltub neid eraldavast kaugusest.
Tähendus
Geenide liikumise jälgimine ristumise tulemusena on geneetikute jaoks osutunud väga kasulikuks. See võimaldab määrata, kui kaugel on kaks geeni kromosoomis. Teadus saab seda meetodit kasutada ka teatud geenide olemasolu järeldamiseks. Üks seotud paari molekul toimib markerina, et tuvastada teise olemasolu. Seda kasutatakse patogeenide olemasolu tuvastamiseksgeenid.
Kahe vaadeldud lookuse vahelise rekombinatsiooni sagedus on ristumisväärtus. See sõltub vaadeldavate geneetiliste fookuste vastastikusest kaugusest. Mis tahes fikseeritud keskkonnatingimuste kogumi korral kipub rekombinatsioon sidestruktuuri teatud piirkonnas (kromosoomis) olema konstantne. Sama kehtib ka ristmiku väärtuse kohta, mida kasutatakse geneetiliste kaartide koostamisel.
Meioos
Kromosomaalne ristumine hõlmab paariskromosoomide vahetamist, mis on päritud ig alt vanem alt. Meioos, kui geenide rekombinatsiooni alus, mängib selles protsessis olulist rolli. Selle protsessi molekulaarsed mudelid on aastate jooksul arenenud, kuna tõendid on kogunenud. Uus mudel näitab, et kaks neljast meioosi alguses (profaas I) esinevast kromatiidist on omavahel seotud ja suudavad omavahel suhelda. Selles toimub kromosoomide ja geenide rekombinatsioon. Kuid meioosi adaptiivse funktsiooni selgitused, mis keskenduvad ainult ristumiskohale, on enamiku vahetussündmuste jaoks ebapiisavad.
Mitoos ja mittehomoloogsed kromosoomid
Eukarüootsetes rakkudes võib ristumine toimuda ka mitoosi ajal. Selle tulemuseks on kaks identse geneetilise materjaliga rakku. Mis tahes mitoosis homoloogsete kromosoomide vahel toimuv ristumine ei tekita uut geenide kombinatsiooni.
Mittehomoloogsetes kromosoomides toimuv ristumine võib tekitada mutatsiooni, mida nimetataksetranslokatsioon. See tekib siis, kui kromosoomi segment eraldub mittehomoloogsest molekulist ja liigub sellel uude kohta. Seda tüüpi mutatsioonid võivad olla ohtlikud, kuna need põhjustavad sageli vähirakkude arengut.
Geenikonversioon
Geenide transformeerimisel kopeeritakse osa geneetilisest materjalist ühest kromosoomist teise ilma doonorit muutmata. Geeni muundamine toimub tegelikus asukohas suure sagedusega. See on protsess, mille käigus DNA järjestus kopeeritakse ühest heeliksist teise. Geenide ja kromosoomide rekombinatsiooni on uuritud seente ristamise korral, kus on mugav jälgida üksikute meiooside nelja produkti. Geenide muundamise sündmusi saab eristada kui kõrvalekaldeid üksikute rakkude jagunemises normaalsest 2:2 segregatsioonist.
Geenitehnoloogia
Geeni rekombinatsioon võib olla kunstlik ja tahtlik. Seda kasutatakse erinevate DNA fragmentide puhul, mis on sageli pärit erinevatest organismidest. Seega saadakse rekombinantne DNA. Kunstlikku rekombinatsiooni saab kasutada organismi geenide lisamiseks, eemaldamiseks või muutmiseks. See meetod on oluline biomeditsiiniliste uuringute jaoks geeni- ja valgutehnoloogia valdkonnas.
Rekombinantne taastamine
Mitoosi ja meioosi ajal saab erinevate eksogeensete tegurite poolt kahjustatud DNA-d salvestada homoloogse remondietapi (HRS) abil. Inimestel ja närilistel põhjustab FGF-i jaoks vajalike geeniproduktide puudus meioosi ajal viljatust.
Bakteridtransformatsioon on geeniülekande protsess, mis tavaliselt toimub sama liigi üksikute rakkude vahel. See hõlmab doonori DNA integreerimist retsipiendi kromosoomi geenide rekombinatsiooni kaudu. See protsess on kohanemine kahjustatud rakkude parandamiseks. Transformatsioon võib olla kasulik patogeensetele bakteritele, võimaldades parandada DNA kahjustusi, mis tekivad peremeesinfektsiooniga seotud põletikulises oksüdatiivses keskkonnas.
Kui kaks või enam viirust, millest igaüks sisaldab surmavaid genoomseid kahjustusi, nakatavad sama peremeesrakku, võivad genoomid omavahel paarituda ja läbida FGP, et toota elujõulisi järglasi. Seda protsessi nimetatakse mitmekordseks taasaktiveerimiseks. Seda on uuritud mitmete patogeensete viiruste puhul.
Rekombinatsioon prokarüootsetes rakkudes
Prokarüootsed rakud, nagu tuumata üherakulised bakterid, läbivad samuti geneetilise rekombinatsiooni. Sel juhul lülitatakse ühe bakteri geenid ristamise teel teise bakteri genoomi. Bakterite rekombinatsioon viiakse läbi konjugatsiooni, transformatsiooni või transduktsiooni protsesside abil.
Konjugatsioonis on üks bakter teisega ühendatud valgu torukujulise struktuuri kaudu. Transformatsiooni käigus võtavad prokarüootid DNA keskkonnast. Need pärinevad enamasti surnud rakkudest.
Transduktsiooni käigus vahetatakse DNA-d bakteriofaagi nime all tuntud viiruse kaudu, mis nakatab baktereid. Kui võõrrakk on sisestatud konjugatsiooni, transformatsiooni või transduktsiooni kaudu,bakter võib sisestada oma segmendid enda DNA-sse. See ülekanne toimub ristamise teel ja see viib rekombinantse bakteriraku loomiseni.
