Genrekombination er udveksling af genetisk materiale mellem forskellige organismer. Det resulterer i produktion af afkom med kombinationer af egenskaber, der adskiller sig fra dem, der findes hos begge forældre. De fleste af disse genetiske udvekslinger forekommer naturligt.
Sådan sker det
Gen-rekombination begynder som et resultat af adskillelse af gener under dannelsen af kønsceller under meiose, befrugtning og krydsning. Krydsning gør det muligt for alleler på DNA-molekyler at ændre position fra et homologt kromosomsegment til et andet. Rekombination er ansvarlig for den genetiske mangfoldighed af en art eller population.
Kromosomstruktur
Kromosomer er placeret inde i cellekernen. De er dannet af kromatin, en masse genetisk materiale lavet af DNA, der er viklet tæt omkring proteiner kaldet histoner. Kromosomet er norm alt enkeltstrenget og består af et centromerområde, der forbinder de lange og korte områder.
Duplikering af kromosomer
Når en celle går ind i sin livscyklus, dens kromosomerduplikeres gennem DNA-replikation som forberedelse til deling. Hvert duplikeret kromosom består af to identiske, kaldet søsterkromatider. De er forbundet med centromere-regionen. Når celler deler sig, dannes parrede sæt. De består af et kromosom (homologt) fra hver forælder.
Kromosomal udveksling
Gen-rekombination under overfarten blev først beskrevet af Thomas Hunt Morgan. Hos eukaryoter lettes det ved kromosomkrydsning. Krydsningsprocessen resulterer i, at afkommet har forskellige kombinationer af gener og kan producere nye kimære alleler. Dette gør det muligt for seksuelt reproducerende organismer at undgå Moellers skralde, hvor genomerne af en aseksuel population akkumulerer genetiske deletioner på en irreversibel måde.
Under profase I er de fire kromatider tæt forbundet. I denne formation kan homologe steder på to molekyler parre sig tæt med hinanden og udveksle genetisk information. Genrekombination kan forekomme over alt langs kromosomet. Dens frekvens mellem to punkter afhænger af afstanden mellem dem.
Meaning
Sporing af geners bevægelse som følge af krydsninger har vist sig at være meget nyttig for genetikere. Dette gør det muligt at bestemme, hvor langt fra hinanden to gener er på et kromosom. Videnskaben kan også bruge denne metode til at udlede tilstedeværelsen af visse gener. Et molekyle i et bundet par fungerer som en markør til at detektere tilstedeværelsen af det andet. Det bruges til at påvise tilstedeværelsen af patogenergener.
Hyppigheden af rekombination mellem to observerede loci er skæringsværdien. Det afhænger af den indbyrdes afstand af de observerede genetiske foci. For ethvert fast sæt af miljøforhold har rekombination i en bestemt region af bindingsstrukturen (kromosomet) tendens til at være konstant. Det samme gælder for skæringsværdien, som bruges ved generering af genetiske kort.
Meiosis
Kromosomal overkrydsning involverer udveksling af parrede kromosomer arvet fra hver forælder. Meiose, som grundlag for genrekombination, spiller en vigtig rolle i denne proces. Molekylære modeller af denne proces har udviklet sig gennem årene, efterhånden som beviser har akkumuleret. Den nye model viser, at to af de fire kromatider, der er til stede i begyndelsen af meiose (profase I), er parret med hinanden og er i stand til at interagere. Rekombination af kromosomer og gener finder sted i den. Forklaringer på meiosens adaptive funktion, der udelukkende fokuserer på skæringspunkter, er imidlertid utilstrækkelige til de fleste udvekslingsbegivenheder.
Mitose og ikke-homologe kromosomer
I eukaryote celler kan crossover også forekomme under mitose. Dette resulterer i to celler med identisk genetisk materiale. Enhver krydsning, der forekommer mellem homologe kromosomer i mitose, producerer ikke en ny kombination af gener.
Krydsning, der forekommer i ikke-homologe kromosomer, kan producere en mutation kendt somtranslokation. Det opstår, når et segment af et kromosom adskilles fra og flytter til en ny position på et ikke-homologt molekyle. Denne type mutation kan være farlig, da den ofte fører til udvikling af kræftceller.
Genkonvertering
Når gener transformeres, kopieres en del af arvematerialet fra et kromosom til et andet uden at ændre donor. Genkonvertering sker med en høj frekvens på det faktiske sted. Dette er den proces, hvorved en DNA-sekvens kopieres fra en helix til en anden. Rekombination af gener og kromosomer er blevet undersøgt i svampekrydsninger, hvor det er praktisk at observere de fire produkter af individuelle meioser. Genkonverteringshændelser kan skelnes som afvigelser i individuel celledeling fra normal 2:2-segregation.
Genteknik
Gen-rekombination kan være kunstig og bevidst. Det bruges på forskellige DNA-fragmenter, ofte fra forskellige organismer. Således opnås rekombinant DNA. Kunstig rekombination kan bruges til at tilføje, fjerne eller ændre en organismes gener. Denne metode er vigtig for biomedicinsk forskning inden for genteknologi og proteinteknologi.
Rekombinant gendannelse
Under mitose og meiose kan DNA, der er beskadiget af forskellige eksogene faktorer, reddes ved det homologe reparationstrin (HRS). Hos mennesker og gnavere forårsager en mangel i de genprodukter, der kræves til FGF under meiose, infertilitet.
Bakteriertransformation er processen med genoverførsel, der norm alt finder sted mellem individuelle celler af samme art. Det involverer integration af donor-DNA i modtagerens kromosom gennem genrekombination. Denne proces er en tilpasning til at reparere beskadigede celler. Transformation kan gavne patogene bakterier ved at tillade reparation af DNA-skader, der opstår i det inflammatoriske, oxidative miljø forbundet med værtsinfektion.
Når to eller flere vira, som hver indeholder dødelig genomisk skade, inficerer den samme værtscelle, kan genomerne parre sig med hinanden og passere gennem FGP for at producere levedygtige afkom. Denne proces kaldes multiplicitetsreaktivering. Det er blevet undersøgt i flere patogene vira.
Rekombination i prokaryote celler
Prokaryote celler, ligesom encellede bakterier uden en kerne, gennemgår også genetisk rekombination. I dette tilfælde er generne fra en bakterie inkluderet i en andens genom ved krydsning. Bakteriel rekombination udføres ved processerne konjugation, transformation eller transduktion.
I konjugering er en bakterie forbundet med en anden gennem en proteinrørformet struktur. I transformationsprocessen tager prokaryoter DNA fra miljøet. De kommer oftest fra døde celler.
I transduktion udveksles DNA gennem en virus, der inficerer bakterier, kendt som en bakteriofag. Når den fremmede celle er internaliseret gennem konjugation, transformation eller transduktion,bakterien kan indsætte sine segmenter i sit eget DNA. Denne overførsel udføres ved krydsning og fører til dannelsen af en rekombinant bakteriecelle.
