ריקומבינציה של גנים היא החלפה של חומר גנטי בין אורגניזמים שונים. זה מביא להפקת צאצאים עם שילובים של תכונות השונות מאלה שנמצאות אצל שני ההורים. רוב ההחלפות הגנטיות הללו מתרחשות באופן טבעי.
איך זה קורה
ריקומבינציה של גנים מתחילה כתוצאה מהפרדת גנים במהלך היווצרות גמטות בזמן מיוזה, הפריה והצלבה. הצלבה מאפשרת לאללים על מולקולות DNA לשנות מיקום מקטע כרומוזום הומולוגי אחד לאחר. רקומבינציה אחראית למגוון הגנטי של מין או אוכלוסייה.
מבנה הכרומוזום
כרומוזומים ממוקמים בתוך גרעין התאים. הם נוצרים מכרומטין, מסה של חומר גנטי העשויה מ-DNA שעטוף בחוזקה סביב חלבונים הנקראים היסטונים. הכרומוזום הוא בדרך כלל חד גדילי ומורכב מאזור צנטרומר המחבר בין האזור הארוך והקצר.
כפול של כרומוזומים
כאשר תא נכנס למחזור החיים שלו, הכרומוזומים שלומשוכפלים באמצעות שכפול DNA כהכנה לחלוקה. כל כרומוזום משוכפל מורכב משני כרומוזומים זהים, המכונים כרומטידות אחיות. הם קשורים לאזור הצנטרומר. כאשר תאים מתחלקים, נוצרות קבוצות זוגיות. הם מורכבים מכרומוזום אחד (הומולוגי) מכל הורה.
החלפה כרומוזומלית
ריקומבינציה של גנים במהלך המעבר תואר לראשונה על ידי תומס האנט מורגן. באאוקריוטים, זה מקל על ידי חציית כרומוזומים. תהליך ההצלבה מביא לכך שלצאצאים יש שילובים שונים של גנים ויכול לייצר אללים כימריים חדשים. זה מאפשר לאורגניזמים המתרבים מינית להימנע מהמחגר של מולר, שבו הגנום של אוכלוסיה א-מינית צובר מחיקות גנטיות באופן בלתי הפיך.
במהלך פרופאזה I, ארבע הכרומטידות מחוברות בחוזקה. בתצורה זו, אתרים הומולוגיים על שתי מולקולות יכולים להתאים זה לזה ולהחליף מידע גנטי. ריקומבינציה של גנים יכולה להתרחש בכל מקום לאורך הכרומוזום. התדירות שלו בין שתי נקודות תלויה במרחק המפריד ביניהן.
משמעות
מעקב אחר תנועת הגנים כתוצאה מהצלבות הוכח כמועיל מאוד עבור גנטיקאים. זה מאפשר לקבוע כמה רחוקים שני גנים זה מזה בכרומוזום. המדע יכול גם להשתמש בשיטה זו כדי להסיק את נוכחותם של גנים מסוימים. מולקולה אחת בזוג קשור משמשת כסמן לזיהוי נוכחות השנייה. הוא משמש לזיהוי נוכחות של פתוגניםגנים.
תדירות הרקומבינציה בין שני לוקוסים שנצפו היא ערך ההצטלבות. זה תלוי במרחק ההדדי של המוקדים הגנטיים שנצפו. עבור כל מערכת קבועה של תנאים סביבתיים, הרקומבינציה באזור מסוים של מבנה הקשר (הכרומוזום) נוטה להיות קבועה. הדבר נכון גם לגבי ערך הצומת, המשמש בעת יצירת מפות גנטיות.
Meiosis
הצלבה כרומוזומלית כרוכה בהחלפה של כרומוזומים זוגיים שהועברו בירושה מכל הורה. מיוזיס, כבסיס לרקומבינציה של גנים, ממלא תפקיד חשוב בתהליך זה. מודלים מולקולריים של תהליך זה התפתחו במהלך השנים ככל שהצטברו ראיות. המודל החדש מדגים ששתיים מתוך ארבע הכרומטידות הקיימות בתחילת המיוזה (פרופאזה I) מזווגות זו לזו ומסוגלות לקיים אינטראקציה. מתרחש בו ריקומבינציה של כרומוזומים וגנים. עם זאת, הסברים על התפקוד האדפטיבי של מיוזה המתמקדים אך ורק בצומת אינם מספיקים עבור רוב אירועי ההחלפה.
מיטוזיס וכרומוזומים לא הומולוגיים
בתאים איקריוטים, הצלבה יכולה להתרחש גם במהלך מיטוזה. כתוצאה מכך נוצרים שני תאים עם חומר גנטי זהה. כל הצלבה שמתרחשת בין כרומוזומים הומולוגיים במיטוזה אינה מייצרת שילוב חדש של גנים.
הצלבה המתרחשת בכרומוזומים לא הומולוגיים עלולה לייצר מוטציה המכונהמעבר - מקום. זה מתרחש כאשר קטע של כרומוזום נפרד ונע למיקום חדש על מולקולה לא הומולוגית. סוג זה של מוטציה יכול להיות מסוכן מכיוון שהוא מוביל לעתים קרובות להתפתחות תאים סרטניים.
המרה גנטית
כאשר גנים עוברים טרנספורמציה, חלק מהחומר הגנטי מועתק מכרומוזום אחד לאחר מבלי לשנות את התורם. המרת גנים מתרחשת בתדירות גבוהה במיקום בפועל. זהו התהליך שבו רצף DNA מועתק מסליל אחד למשנהו. ריקומבינציה של גנים וכרומוזומים נחקרה בהצלבות פטרייתיות, שם נוח לצפות בארבעת התוצרים של מיוזות בודדות. ניתן להבחין באירועי המרת גנים כסטיות בחלוקת תאים בודדים מהפרדה רגילה של 2:2.
הנדסת גנים
ריקומבינציה של גנים יכולה להיות מלאכותית ומכוונת. הוא משמש על שברי DNA שונים, לעתים קרובות מאורגניזמים שונים. כך מתקבל DNA רקומביננטי. ניתן להשתמש ברקומבינציה מלאכותית כדי להוסיף, להסיר או לשנות גנים של אורגניזם. שיטה זו חשובה למחקר ביו-רפואי בתחום הנדסה גנטית וחלבונים.
שחזור רקומביננטי
במהלך מיטוזה ומיוזה, ניתן להציל DNA שנפגע על ידי גורמים אקסוגניים שונים על ידי שלב התיקון ההומולוגי (HRS). בבני אדם ומכרסמים, מחסור במוצרי הגנים הנדרשים ל-FGF במהלך מיוזה גורם לאי פוריות.
חיידקיםטרנספורמציה היא תהליך העברת גנים המתרחש בדרך כלל בין תאים בודדים מאותו מין. זה כרוך בשילוב של DNA התורם בכרומוזום של הנמען באמצעות רקומבינציה של גנים. תהליך זה הוא הסתגלות לתיקון תאים פגומים. טרנספורמציה עשויה להועיל לחיידקים פתוגניים בכך שהיא מאפשרת תיקון של נזקי DNA המתרחשים בסביבה הדלקתית והחמצנית הקשורה לזיהום המארח.
כאשר שני וירוסים או יותר, שכל אחד מהם מכיל נזק גנומי קטלני, מדביקים את אותו תא מארח, הגנומים יכולים להזדווג אחד עם השני ולעבור דרך ה-FGP כדי לייצר צאצאים ברי קיימא. תהליך זה נקרא ריאקטיבציה של ריבוי. זה נחקר בכמה וירוסים פתוגניים.
רקומבינציה בתאים פרוקריוטיים
תאים פרוקריוטיים, כמו חיידקים חד-תאיים ללא גרעין, עוברים גם הם ריקומבינציה גנטית. במקרה זה, הגנים של חיידק אחד נכללים בגנום של אחר על ידי הצלבה. ריקומבינציה של חיידקים מתבצעת על ידי תהליכים של צימוד, טרנספורמציה או התמרה.
בצימוד, חיידק אחד מחובר לאחר באמצעות מבנה צינורי חלבוני. בתהליך הטרנספורמציה, פרוקריוטים לוקחים DNA מהסביבה. לרוב הם מגיעים מתאי מת.
בהתמרה, DNA מוחלף באמצעות וירוס שמדביק חיידקים, המכונה בקטריופאג'. ברגע שהתא הזר מופנם באמצעות צימוד, טרנספורמציה או התמרה,החיידק יכול להחדיר את המקטעים שלו לתוך ה-DNA שלו. העברה זו מתבצעת על ידי מעבר ומובילה ליצירת תא חיידקי רקומביננטי.
