Genrekombination ist der Austausch von genetischem Material zwischen verschiedenen Organismen. Es führt zur Produktion von Nachkommen mit Merkmalskombinationen, die sich von denen unterscheiden, die bei beiden Elternteilen gefunden wurden. Die meisten dieser genetischen Austauschvorgänge finden auf natürliche Weise statt.
Wie es passiert
Genrekombination beginnt als Ergebnis der Trennung von Genen während der Bildung von Gameten während Meiose, Befruchtung und Kreuzung. Durch die Kreuzung können Allele auf DNA-Molekülen ihre Position von einem homologen Chromosomensegment zu einem anderen ändern. Rekombination ist verantwortlich für die genetische Vielf alt einer Art oder Population.
Chromosomenstruktur
Chromosomen befinden sich im Zellkern. Sie werden aus Chromatin gebildet, einer Masse genetischen Materials aus DNA, die eng um Proteine gewickelt ist, die Histone genannt werden. Das Chromosom ist normalerweise einzelsträngig und besteht aus einer Zentromerregion, die die langen und kurzen Regionen verbindet.
Duplikation von Chromosomen
Wenn eine Zelle in ihren Lebenszyklus eintritt, ihre Chromosomenwerden durch DNA-Replikation in Vorbereitung auf die Teilung dupliziert. Jedes duplizierte Chromosom besteht aus zwei identischen, sogenannten Schwesterchromatiden. Sie sind der Zentromerregion zugeordnet. Wenn sich Zellen teilen, werden gepaarte Sätze gebildet. Sie bestehen aus einem Chromosom (homolog) von jedem Elternteil.
Chromosomenaustausch
Die Genrekombination beim Crossing Over wurde erstmals von Thomas Hunt Morgan beschrieben. Bei Eukaryoten wird es durch Chromosomenkreuzung erleichtert. Der Kreuzungsprozess führt dazu, dass die Nachkommen unterschiedliche Kombinationen von Genen aufweisen und neue chimäre Allele produzieren können. Dies ermöglicht es sexuell reproduzierenden Organismen, Moellers Ratsche zu umgehen, bei der die Genome einer asexuellen Population genetische Deletionen auf irreversible Weise anhäufen.
Während der Prophase I sind die vier Chromatiden fest miteinander verbunden. In dieser Formation können sich homologe Stellen auf zwei Molekülen eng miteinander paaren und genetische Informationen austauschen. Genrekombination kann überall entlang des Chromosoms auftreten. Seine Häufigkeit zwischen zwei Punkten hängt von der Entfernung zwischen ihnen ab.
Bedeutung
Die Verfolgung von Genbewegungen als Ergebnis von Kreuzungen hat sich für Genetiker als sehr nützlich erwiesen. Damit lässt sich bestimmen, wie weit zwei Gene auf einem Chromosom voneinander entfernt sind. Auch die Wissenschaft kann mit dieser Methode auf das Vorhandensein bestimmter Gene schließen. Ein Molekül in einem gebundenen Paar dient als Marker, um das Vorhandensein des anderen nachzuweisen. Es wird verwendet, um das Vorhandensein von Krankheitserregern nachzuweisenGene.
Die Häufigkeit der Rekombination zwischen zwei beobachteten Loci ist der Schnittwert. Sie hängt vom gegenseitigen Abstand der beobachteten genetischen Herde ab. Für jeden festen Satz von Umgebungsbedingungen neigt die Rekombination in einer bestimmten Region der Bindungsstruktur (dem Chromosom) dazu, konstant zu sein. Dasselbe gilt für den Schnittwert, der beim Generieren von genetischen Karten verwendet wird.
Meiose
Chromosomen-Crossover beinh altet den Austausch von gepaarten Chromosomen, die von jedem Elternteil geerbt werden. Dabei spielt die Meiose als Grundlage der Genrekombination eine wichtige Rolle. Molekulare Modelle dieses Prozesses haben sich im Laufe der Jahre entwickelt, da sich Beweise angesammelt haben. Das neue Modell zeigt, dass zwei der vier Chromatiden, die zu Beginn der Meiose (Prophase I) vorhanden sind, miteinander gepaart sind und interagieren können. Darin findet die Rekombination von Chromosomen und Genen statt. Erklärungen der adaptiven Funktion der Meiose, die sich ausschließlich auf Schnittmengen konzentrieren, sind jedoch für die meisten Austauschereignisse unzureichend.
Mitose und nicht homologe Chromosomen
In eukaryotischen Zellen kann es auch während der Mitose zu einem Crossover kommen. Dadurch entstehen zwei Zellen mit identischem Erbgut. Jede Überkreuzung zwischen homologen Chromosomen bei der Mitose führt nicht zu einer neuen Kombination von Genen.
Kreuzungen, die in nicht-homologen Chromosomen auftreten, können eine Mutation hervorrufen, die als bekannt istTranslokation. Es tritt auf, wenn sich ein Segment eines Chromosoms von einem nicht-homologen Molekül trennt und an eine neue Position bewegt. Diese Art von Mutation kann gefährlich sein, da sie oft zur Entwicklung von Krebszellen führt.
Genumwandlung
Bei der Transformation von Genen wird ein Teil des genetischen Materials von einem Chromosom auf ein anderes kopiert, ohne den Spender zu wechseln. Die Genumwandlung findet am tatsächlichen Ort mit hoher Häufigkeit statt. Dies ist der Prozess, bei dem eine DNA-Sequenz von einer Helix auf eine andere kopiert wird. Die Rekombination von Genen und Chromosomen wurde in Pilzkreuzungen untersucht, wo es zweckmäßig ist, die vier Produkte der einzelnen Meiosen zu beobachten. Genumwandlungsereignisse können als Abweichungen in der individuellen Zellteilung von der normalen 2:2-Segregation unterschieden werden.
Gentechnik
Genrekombination kann künstlich und absichtlich sein. Es wird für unterschiedliche DNA-Fragmente verwendet, oft von verschiedenen Organismen. Auf diese Weise wird rekombinante DNA erh alten. Künstliche Rekombination kann verwendet werden, um die Gene eines Organismus hinzuzufügen, zu entfernen oder zu verändern. Diese Methode ist wichtig für die biomedizinische Forschung im Bereich Gen- und Protein-Engineering.
Rekombinante Wiederherstellung
Während der Mitose und Meiose kann durch verschiedene exogene Faktoren beschädigte DNA durch den homologen Reparaturschritt (HRS) gerettet werden. Bei Menschen und Nagetieren verursacht ein Mangel an den für FGF während der Meiose erforderlichen Genprodukten Unfruchtbarkeit.
BakterienTransformation ist der Vorgang des Gentransfers, der normalerweise zwischen einzelnen Zellen derselben Spezies stattfindet. Es beinh altet die Integration von Spender-DNA in das Chromosom des Empfängers durch Genrekombination. Dieser Prozess ist eine Anpassung, um beschädigte Zellen zu reparieren. Die Transformation kann pathogenen Bakterien zugute kommen, indem sie die Reparatur von DNA-Schäden ermöglicht, die in der entzündlichen, oxidativen Umgebung auftreten, die mit einer Wirtsinfektion verbunden ist.
Wenn zwei oder mehr Viren, von denen jeder tödliche genomische Schäden enthält, dieselbe Wirtszelle infizieren, können sich die Genome miteinander paaren und das FGP passieren, um lebensfähige Nachkommen zu produzieren. Dieser Vorgang wird Multiplizitätsreaktivierung genannt. Es wurde bei mehreren pathogenen Viren untersucht.
Rekombination in prokaryotischen Zellen
Prokaryotische Zellen unterliegen wie einzellige Bakterien ohne Zellkern ebenfalls einer genetischen Rekombination. Dabei werden die Gene eines Bakteriums durch Kreuzung in das Genom eines anderen aufgenommen. Die bakterielle Rekombination wird durch die Prozesse der Konjugation, Transformation oder Transduktion durchgeführt.
Bei der Konjugation ist ein Bakterium durch eine röhrenförmige Proteinstruktur mit einem anderen verbunden. Prokaryoten nehmen im Transformationsprozess DNA aus der Umgebung auf. Sie stammen meistens aus toten Zellen.
Bei der Transduktion wird die DNA durch einen Virus ausgetauscht, der Bakterien infiziert und als Bakteriophage bekannt ist. Sobald die fremde Zelle durch Konjugation, Transformation oder Transduktion internalisiert ist,Das Bakterium kann seine Segmente in seine eigene DNA einfügen. Dieser Transfer erfolgt durch Kreuzung und führt zur Entstehung einer rekombinanten Bakterienzelle.
