გენის რეკომბინაცია არის გენეტიკური მასალის გაცვლა სხვადასხვა ორგანიზმებს შორის. ეს იწვევს შთამომავლობის წარმოქმნას იმ თვისებების კომბინაციით, რომლებიც განსხვავდება ორივე მშობლისგან. ამ გენეტიკური გაცვლის უმეტესობა ბუნებრივად ხდება.
როგორ ხდება
გენების რეკომბინაცია იწყება მეიოზის, განაყოფიერებისა და გადაკვეთის დროს გამეტების წარმოქმნის დროს გენების გამოყოფის შედეგად. გადაკვეთა საშუალებას აძლევს ალელებს დნმ-ის მოლეკულებზე შეცვალონ პოზიცია ერთი ჰომოლოგიური ქრომოსომის სეგმენტიდან მეორეზე. რეკომბინაცია პასუხისმგებელია სახეობის ან პოპულაციის გენეტიკურ მრავალფეროვნებაზე.
ქრომოსომის სტრუქტურა
ქრომოსომა განლაგებულია უჯრედების ბირთვში. ისინი წარმოიქმნება ქრომატინისგან, დნმ-ისგან დამზადებული გენეტიკური მასალის მასისგან, რომელიც მჭიდროდ არის გახვეული ცილებთან, რომელსაც ჰისტონები ეწოდება. ქრომოსომა ჩვეულებრივ ერთჯაჭვიანია და შედგება ცენტრომერული უბნისგან, რომელიც აკავშირებს გრძელ და მოკლე უბნებს.
ქრომოსომების დუბლირება
როდესაც უჯრედი შედის მის სასიცოცხლო ციკლში, მის ქრომოსომებშიდუბლირებულია დნმ-ის რეპლიკაციის გზით გაყოფისთვის მომზადების დროს. თითოეული დუბლირებული ქრომოსომა შედგება ორი იდენტური ქრომოსომასაგან, რომლებსაც დის ქრომატიდებს უწოდებენ. ისინი დაკავშირებულია ცენტრომერულ რეგიონთან. როდესაც უჯრედები იყოფა, დაწყვილებული კომპლექტები იქმნება. ისინი შედგება ერთი ქრომოსომისაგან (ჰომოლოგი) თითოეული მშობლისგან.
ქრომოსომული გაცვლა
გენის რეკომბინაცია გადაკვეთის დროს პირველად აღწერა თომას ჰანტ მორგანმა. ევკარიოტებში მას ხელს უწყობს ქრომოსომის გადაკვეთა. გადაკვეთის პროცესი იწვევს შთამომავლობას გენების სხვადასხვა კომბინაციით და შეუძლია ახალი ქიმერული ალელის წარმოქმნა. ეს საშუალებას აძლევს სქესობრივ რეპროდუცირებად ორგანიზმებს თავიდან აიცილონ მოლერის ჩოჩქოლი, რომელშიც ასექსუალური პოპულაციის გენომები შეუქცევად აგროვებენ გენეტიკურ წაშლას.
I პროფაზის დროს ოთხი ქრომატიდი მჭიდროდ არის დაკავშირებული. ამ ფორმირებაში ორ მოლეკულაზე ჰომოლოგიურ უბნებს შეუძლიათ ერთმანეთთან მჭიდროდ დაწყვილება და გენეტიკური ინფორმაციის გაცვლა. გენის რეკომბინაცია შეიძლება მოხდეს ქრომოსომის ნებისმიერ ადგილას. მისი სიხშირე ორ წერტილს შორის დამოკიდებულია მათ გამყოფ მანძილზე.
მნიშვნელობა
შეჯვარების შედეგად გენების მოძრაობის თვალყურის დევნება ძალიან სასარგებლო აღმოჩნდა გენეტიკოსებისთვის. ეს შესაძლებელს ხდის განვსაზღვროთ, თუ რამდენად დაშორებულია ორი გენი ერთმანეთისგან ქრომოსომაზე. მეცნიერებას ასევე შეუძლია გამოიყენოს ეს მეთოდი გარკვეული გენების არსებობის დასადგენად. ერთი მოლეკულა შეკრულ წყვილში ემსახურება როგორც მარკერს მეორის არსებობის დასადგენად. იგი გამოიყენება პათოგენების არსებობის დასადგენადგენები.
ორ დაკვირვებულ ადგილს შორის რეკომბინაციის სიხშირე არის გადაკვეთის მნიშვნელობა. ეს დამოკიდებულია დაკვირვებული გენეტიკური კერების ურთიერთდაშორებაზე. გარემო პირობების ნებისმიერი ფიქსირებული ნაკრებისთვის, ბმის სტრუქტურის კონკრეტულ რეგიონში (ქრომოსომა) რეკომბინაცია მუდმივია. იგივე ეხება გადაკვეთის მნიშვნელობას, რომელიც გამოიყენება გენეტიკური რუქების გენერირებისას.
მეიოზი
ქრომოსომული კროსოვერი გულისხმობს თითოეული მშობლისგან მემკვიდრეობით მიღებული დაწყვილებული ქრომოსომების გაცვლას. მეიოზი, როგორც გენის რეკომბინაციის საფუძველი, მნიშვნელოვან როლს ასრულებს ამ პროცესში. ამ პროცესის მოლეკულური მოდელები წლების განმავლობაში ვითარდებოდა, რადგან მტკიცებულებები დაგროვდა. ახალი მოდელი აჩვენებს, რომ მეიოზის დასაწყისში არსებული ოთხი ქრომატიდიდან ორი (პროფაზა I) დაწყვილებულია ერთმანეთთან და შეუძლიათ ურთიერთქმედება. მასში ხდება ქრომოსომებისა და გენების რეკომბინაცია. თუმცა, მეიოზის ადაპტაციური ფუნქციის ახსნა, რომელიც ფოკუსირებულია მხოლოდ კვეთაზე, არასაკმარისია გაცვლითი მოვლენების უმეტესობისთვის.
მიტოზი და არაჰომოლოგიური ქრომოსომა
ეუკარიოტულ უჯრედებში კროსოვერი ასევე შეიძლება მოხდეს მიტოზის დროს. ეს იწვევს ორ უჯრედს იდენტური გენეტიკური მასალის მქონე. ნებისმიერი გადაკვეთა, რომელიც ხდება მიტოზის ჰომოლოგიურ ქრომოსომებს შორის, არ წარმოქმნის გენების ახალ კომბინაციას.
შეჯვარება, რომელიც ხდება არაჰომოლოგიურ ქრომოსომებში, შეიძლება გამოიწვიოს მუტაცია, რომელიც ცნობილია როგორცგადაადგილება. ეს ხდება მაშინ, როდესაც ქრომოსომის სეგმენტი გამოეყოფა და გადადის ახალ პოზიციაზე არაჰომოლოგური მოლეკულისგან. ამ ტიპის მუტაცია შეიძლება საშიში იყოს, რადგან ის ხშირად იწვევს კიბოს უჯრედების განვითარებას.
გენის კონვერტაცია
როდესაც გენები გარდაიქმნება, გენეტიკური მასალის ნაწილი კოპირდება ერთი ქრომოსომიდან მეორეზე დონორის შეცვლის გარეშე. გენის კონვერტაცია ხდება მაღალი სიხშირით რეალურ ადგილას. ეს არის პროცესი, რომლითაც დნმ-ის თანმიმდევრობა კოპირდება ერთი სპირალიდან მეორეზე. გენებისა და ქრომოსომების რეკომბინაცია შესწავლილია სოკოების ჯვრებში, სადაც მოსახერხებელია ცალკეული მეიოზის ოთხი პროდუქტის დაკვირვება. გენის გარდაქმნის მოვლენები შეიძლება გამოირჩეოდეს, როგორც ცალკეული უჯრედების დაყოფის გადახრები ნორმალური 2:2 სეგრეგაციისგან.
გენური ინჟინერია
გენის რეკომბინაცია შეიძლება იყოს ხელოვნური და მიზანმიმართული. იგი გამოიყენება დნმ-ის სხვადასხვა ფრაგმენტებზე, ხშირად სხვადასხვა ორგანიზმებიდან. ამრიგად, მიიღება რეკომბინანტული დნმ. ხელოვნური რეკომბინაცია შეიძლება გამოყენებულ იქნას ორგანიზმის გენების დასამატებლად, მოსაშორებლად ან შესაცვლელად. ეს მეთოდი მნიშვნელოვანია გენეტიკური და ცილის ინჟინერიის სფეროში ბიოსამედიცინო კვლევისთვის.
რეკომბინანტული აღდგენა
მიტოზისა და მეიოზის დროს, სხვადასხვა ეგზოგენური ფაქტორებით დაზიანებული დნმ შეიძლება შენახული იყოს ჰომოლოგიური აღდგენის საფეხურით (HRS). ადამიანებში და მღრღნელებში, მეიოზის დროს FGF-სთვის საჭირო გენის პროდუქტების დეფიციტი იწვევს უნაყოფობას.
ბაქტერიატრანსფორმაცია არის გენის გადაცემის პროცესი, რომელიც ჩვეულებრივ ხდება იმავე სახეობის ცალკეულ უჯრედებს შორის. ის გულისხმობს დონორის დნმ-ის ინტეგრაციას მიმღების ქრომოსომაში გენის რეკომბინაციის გზით. ეს პროცესი არის ადაპტაცია დაზიანებული უჯრედების აღდგენისთვის. ტრანსფორმაციამ შეიძლება სარგებელი მოახდინოს პათოგენურ ბაქტერიებზე, დნმ-ის დაზიანების აღდგენის გზით, რომელიც ხდება მასპინძლის ინფექციასთან დაკავშირებულ ანთებით, ჟანგვითი გარემოში.
როდესაც ორი ან მეტი ვირუსი, თითოეული შეიცავს სასიკვდილო გენომურ დაზიანებას, აინფიცირებს ერთსა და იმავე მასპინძელ უჯრედს, გენომებს შეუძლიათ ერთმანეთთან შეჯვარება და FGP-ში გავლა სიცოცხლისუნარიანი შთამომავლობის მისაღებად. ამ პროცესს სიმრავლის რეაქტივაცია ეწოდება. იგი შესწავლილია რამდენიმე პათოგენურ ვირუსზე.
რეკომბინაცია პროკარიოტულ უჯრედებში
პროკარიოტული უჯრედები, ისევე როგორც ერთუჯრედიანი ბაქტერიები ბირთვის გარეშე, ასევე განიცდიან გენეტიკურ რეკომბინაციას. ამ შემთხვევაში ერთი ბაქტერიის გენები შეჯვარებით შედის მეორის გენომში. ბაქტერიების რეკომბინაცია ხორციელდება კონიუგაციის, ტრანსფორმაციის ან ტრანსდუქციის პროცესებით.
კონიუგაციისას, ერთი ბაქტერია უკავშირდება მეორეს ცილოვანი მილაკოვანი სტრუქტურის მეშვეობით. ტრანსფორმაციის პროცესში პროკარიოტები იღებენ დნმ-ს გარემოდან. ისინი ყველაზე ხშირად მკვდარი უჯრედებიდან მოდის.
ტრანსდუქციისას დნმ-ის გაცვლა ხდება ვირუსის მეშვეობით, რომელიც აინფიცირებს ბაქტერიას, რომელიც ცნობილია როგორც ბაქტერიოფაგი. მას შემდეგ, რაც უცხო უჯრედი ინტერნალიზდება კონიუგაციის, ტრანსფორმაციის ან ტრანსდუქციის გზით,ბაქტერიას შეუძლია თავისი სეგმენტების ჩასმა საკუთარ დნმ-ში. ეს ტრანსფერი ხორციელდება გადაკვეთით და იწვევს რეკომბინანტული ბაქტერიული უჯრედის შექმნას.
