Комбинативная изменчивость. Генетическая рекомбинация.

Комбинативная изменчивость имеет две основные составляющие; 1) случайное, равновероятное расхождение хромосом в мейозе (оно обеспечивает перекомбинацию родительских хромосом и служит цитологическим обоснованием закона свободного комбинирования, сформулированного Г. Менделем) и 2) рекомбинация сцепленных генов, локализованных в гомологичных хромосомах. В более узком смысле под рекомбинацией подразумевают перекомбинацию генов, и потому предпосылкой для нее, в частности, и для комбинативной изменчивости вообще, является гетерозиготность организма по одному или более генам. Эта гетерозиготность, а следовательно, и рекомбинация возникают у эу- и прокариот разными путями: для их реализации у прокариот существуют конъюгация, трансформация и транедукция, а также — совместная инфекция (у вирусов). У эукариот гетерозиготность обеспечивается диплоидностью генома, а сама рекомбинация может происходить как в половых, так и в соматических клетках. Результатом рекомбинации в конечном итоге является перенос участков ДНК с одной молекулы на другую. В случае реципрокной рекомбинации этот перенос - взаимный, а при нереципрокной - односторонний.

Существуют два подхода к изучению процесса рекомбинации. Первый из них, классический, анализирует наследование признаков и, если признаки имеют тенденцию наследоваться совместно, оценивает степень их сцепления, или частоту рекомбинации между соответствующими локусами. Этот подход возник в «домо-лекулярное» время и представляет собой статистический анализ наблюдаемого расхождения признаков при передаче их последующим поколениям. Второй подход к изучению генетической рекомбинации, молекулярный, направлен на анализ тонких механизмов этого процесса. Хотя для обоих подходов предметом исследования является один и тот же процесс, само понятие генетической рекомбинации неоднозначно.

Можно выделить три типа рекомбинации:
общую (происходит между гомологичными последовательностями ДНК; это — рекомбинация между гомологичными хроматидами в мейозе, реже - в митозе);
сайт-специфическую (затрагивает молекулы ДНК, характеризующиеся ограниченным структурным сходством, и наблюдается при интеграции фагового генома и бактериальную хромосому);
незаконную (происходит во время транспозиции, не основанной на гомологии последовательностей ДНК).

генетическая изменчивость

Генетическая рекомбинация.

Примером является мейотическая рекомбинация (кроссинговер) у эукариот, которая происходит в клетках после репликации, в профазе первого мейотического деления. Во время лептотены хромосомы конденсируются и становятся видимыми, В каждой из них после репликации дуплексная ДН К представлена двумя сестринскими хроматидами. Под электронным микроскопом видно, что на стадии лептотены пара сестринских хроматид каждой хромосомы формирует единый осевой элемент. Установлено, что у млекопитающих он состоит из белков SCP2 и SCP3 (от англ. synaptonemal complex proteins). На следующей стадии, зиготене, гомологичные хромосомы начинают соприкасаться друг с другом (конъюгировать) на отдельных, пока еще коротких участках. Одновременно осевые элементы гомологичных хромосом начинают соединяться попарно с помощью белка SCP1, который протягивается поперек между ними в виде субмикроскопических волокон (филамент). По завершении конъюгации, на стадии пахитены гомологичные хромосомы оказываются объединенными в биваленты по всей длине за счет специфической структуры, состоящей из двух продольных белковых тяжей. Это - так называемые латеральные элементы, в состав которых входят осевые элементы с прикрепленными к ним, петлеобразно уложенными фибриллами хроматина сестринских хроматид. Латеральные элементы соединены между собой поперечными белковыми волокнами, которые в совокупности формируют третью продольную структуру - центральный элемент. Из двух латеральных и одного центрального элемента образуется электроноплотная трехполосная структура, так называемый, синаптонемный комплекс, в котором гомологичные хромосомы прилегают к латеральным элементам с двух сторон, и этот контакт происходит «точечно» (в местах прикрепления петель к синаптонемному комплексу по всей era длине). Функциональное значение этой структуры, напоминающей застежку «молнию», состоит в том, что, с одной стороны, она не дает конъюгирующим хромосомам необратимо слипнуться, а с другой стороны — закрепляет их в строго гомологичном относительно локализованных на них генах взаиморасположении. В зависимости от размера генома у разных видов могут варьировать размеры синаптонсмного комплекса: общая ширина его трехполосной ленты составляет от 76 до 240 нм, а длина соответствует также видоспецифичной длине бивалентов в профазе 1 мейоза.

На стадии диплотены гомологичные хромосомы бивалентов начинают расходиться, но обнаруживается, что несестринские хроматиды в биваленте остаются сцепленными в некоторых точках, образуя фигуру, получившую название хиазмы. На стадии диакинеза хромосомы конденсируются путем спирализации, а хиазмы вследствие отталкивания гомологов начинают сдвигаться к краям хромосом. В этот момент все четыре хроматиды становятся видимыми. Это — прямые наблюдения, и они позволяют сделать некоторые предположения о процессе рекомбинации.

Профаза первого деления мейоза — единственный момент, когда гомологичные хромосомы образуют комплекс друг с другом, что, является условием, необходимым для осуществления рекомбинации. Можно полагать, что именно в обеспечении рекомбинации и состоит суть синапса—образование синаптонемногокомгаткса, временной структуры, которая формируется на стадии зиготены и разрушается в диплотене. Согласно мнению авторов приведенной выше гипотетической схемы, синаптонемный комплекс «...необходим для организации хроматина ввиде серии латеральных петель, основания которых собраны в линейную последовательность на поверхности его латеральных элементов и доступны для узнавания гомологичных локусов и кроссинговера». Существует очень правдоподобная, но до настоящего времени не всеми исследователями разделяемая гипотеза, что хиазмы представляют собой места прохождения рекомбинаций- ведь количество тех и других примерно совпадает. Это позволяет локализовать время происхождения процесса рекомбинаций, и считать, что даже на стадии диакинеза в местах рекомбинации хромосомы все еще остаются связанными посредством нитей ДНК.

- Читать далее "Модель Холлидея. Структура Холлидея."

Оглавление темы "Рекомбинация и транскрипция ДНК.":
1. Атаксия-телеангиэктазия или синдром Луи-Бар. Синдром Блума.
2. Синдром Хатчинсона-Гилфорда или прогерия детей. Синдром Вернера.
3. Комбинативная изменчивость. Генетическая рекомбинация.
4. Модель Холлидея. Структура Холлидея.
5. Модель Мезельсона-Реддинга. Модель Жостака в генетике.
6. Генная конверсия. Механизмы генной конверсии.
7. Сайт специфическая рекомбинация. Особенности сайт специфической рекомбинации.
8. Незаконная рекомбинация в генетике. Методика незаконной рекомбинации.
9. Регуляция генной активности в ДНК. Транскрипция и регуляция генной активности.
10. Этапы транскрипции. Особенности транскрипции.

Ждем ваших вопросов и рекомендаций: