Penggabungan semula gen ialah pertukaran bahan genetik antara organisma yang berbeza. Ia menghasilkan pengeluaran anak dengan kombinasi sifat yang berbeza daripada yang terdapat pada kedua ibu bapa. Kebanyakan pertukaran genetik ini berlaku secara semula jadi.
Bagaimana ia berlaku
Penggabungan semula gen bermula hasil daripada pemisahan gen semasa pembentukan gamet semasa meiosis, persenyawaan dan persilangan. Persilangan membolehkan alel pada molekul DNA menukar kedudukan daripada satu segmen kromosom homolog ke yang lain. Penggabungan semula bertanggungjawab untuk kepelbagaian genetik spesies atau populasi.
Struktur kromosom
Kromosom terletak di dalam nukleus sel. Ia terbentuk daripada kromatin, jisim bahan genetik yang diperbuat daripada DNA yang dibalut rapat dengan protein yang dipanggil histon. Kromosom biasanya beruntai tunggal dan terdiri daripada kawasan sentromer yang menghubungkan kawasan panjang dan pendek.
Penduaan kromosom
Apabila sel memasuki kitaran hayatnya, kromosomnyadiduplikasi melalui replikasi DNA sebagai persediaan untuk pembahagian. Setiap kromosom pendua terdiri daripada dua yang serupa, dipanggil kromatid kakak. Mereka dikaitkan dengan kawasan sentromer. Apabila sel membahagi, set berpasangan terbentuk. Ia terdiri daripada satu kromosom (homolog) daripada setiap ibu bapa.
Pertukaran kromosom
Penggabungan semula gen semasa menyeberang pertama kali diterangkan oleh Thomas Hunt Morgan. Dalam eukariota, ia difasilitasi oleh persilangan kromosom. Proses persilangan mengakibatkan keturunan mempunyai kombinasi gen yang berbeza dan boleh menghasilkan alel chimeric yang baru. Ini membolehkan organisma pembiakan secara seksual untuk mengelakkan ratchet Moeller, di mana genom populasi aseksual mengumpul pemadaman genetik dengan cara yang tidak dapat dipulihkan.
Semasa profasa I, empat kromatid bersambung rapat. Dalam pembentukan ini, tapak homolog pada dua molekul boleh berpasangan rapat antara satu sama lain dan bertukar maklumat genetik. Penggabungan semula gen boleh berlaku di mana-mana di sepanjang kromosom. Kekerapannya antara dua titik bergantung pada jarak yang memisahkannya.
Maksud
Menjejaki pergerakan gen akibat persilangan telah terbukti sangat berguna untuk ahli genetik. Ini memungkinkan untuk menentukan sejauh mana dua gen berada pada kromosom. Sains juga boleh menggunakan kaedah ini untuk menyimpulkan kehadiran gen tertentu. Satu molekul dalam pasangan terikat berfungsi sebagai penanda untuk mengesan kehadiran yang lain. Ia digunakan untuk mengesan kehadiran patogengen.
Kekerapan penggabungan semula antara dua lokus yang diperhatikan ialah nilai persilangan. Ia bergantung pada jarak bersama fokus genetik yang diperhatikan. Untuk sebarang set keadaan persekitaran yang tetap, penggabungan semula dalam kawasan tertentu struktur ikatan (kromosom) cenderung untuk tetap. Perkara yang sama berlaku untuk nilai persilangan, yang digunakan semasa menjana peta genetik.
Meiosis
Chromosomal crossover melibatkan pertukaran kromosom berpasangan yang diwarisi daripada setiap induk. Meiosis, sebagai asas penggabungan semula gen, memainkan peranan penting dalam proses ini. Model molekul proses ini telah berkembang selama bertahun-tahun apabila bukti telah terkumpul. Model baharu menunjukkan bahawa dua daripada empat kromatid yang hadir pada permulaan meiosis (profasa I) berpasangan antara satu sama lain dan boleh berinteraksi. Penggabungan semula kromosom dan gen berlaku di dalamnya. Walau bagaimanapun, penjelasan tentang fungsi penyesuaian meiosis yang hanya tertumpu pada persimpangan tidak mencukupi untuk kebanyakan peristiwa pertukaran.
Mitosis dan kromosom bukan homolog
Dalam sel eukariotik, persilangan juga boleh berlaku semasa mitosis. Ini menghasilkan dua sel dengan bahan genetik yang sama. Sebarang persilangan yang berlaku antara kromosom homolog dalam mitosis tidak menghasilkan gabungan gen baharu.
Persilangan yang berlaku dalam kromosom bukan homolog boleh menghasilkan mutasi yang dikenali sebagaitranslokasi. Ia berlaku apabila segmen kromosom berpisah dan bergerak ke kedudukan baru pada molekul bukan homolog. Mutasi jenis ini boleh berbahaya kerana ia sering membawa kepada perkembangan sel kanser.
Penukaran Gen
Apabila gen diubah, sebahagian daripada bahan genetik disalin dari satu kromosom ke kromosom yang lain tanpa menukar penderma. Penukaran gen berlaku pada frekuensi tinggi di lokasi sebenar. Ini adalah proses di mana urutan DNA disalin dari satu heliks ke heliks yang lain. Penggabungan semula gen dan kromosom telah dikaji dalam salib kulat, di mana ia adalah mudah untuk memerhatikan empat produk meiosis individu. Peristiwa penukaran gen boleh dibezakan sebagai sisihan dalam pembahagian sel individu daripada pengasingan 2:2 biasa.
Kejuruteraan gen
Penggabungan semula gen boleh dibuat secara buatan dan disengajakan. Ia digunakan pada serpihan DNA yang berbeza, selalunya daripada organisma yang berbeza. Oleh itu, DNA rekombinan diperolehi. Penggabungan semula buatan boleh digunakan untuk menambah, mengalih keluar atau menukar gen organisma. Kaedah ini penting untuk penyelidikan bioperubatan dalam bidang kejuruteraan genetik dan protein.
Pemulihan rekombinan
Semasa mitosis dan meiosis, DNA yang rosak oleh pelbagai faktor eksogen boleh diselamatkan oleh langkah pembaikan homolog (HRS). Pada manusia dan tikus, kekurangan produk gen yang diperlukan untuk FGF semasa meiosis menyebabkan ketidaksuburan.
Bakteriatransformasi ialah proses pemindahan gen yang biasanya berlaku antara sel individu daripada spesies yang sama. Ia melibatkan integrasi DNA penderma ke dalam kromosom penerima melalui penggabungan semula gen. Proses ini adalah adaptasi untuk membaiki sel yang rosak. Transformasi boleh memberi manfaat kepada bakteria patogen dengan membenarkan pembaikan kerosakan DNA yang berlaku dalam persekitaran oksidatif keradangan yang dikaitkan dengan jangkitan perumah.
Apabila dua atau lebih virus, masing-masing mengandungi kerosakan genom yang mematikan, menjangkiti sel perumah yang sama, genom boleh mengawan antara satu sama lain dan melalui FGP untuk menghasilkan keturunan yang berdaya maju. Proses ini dipanggil pengaktifan semula berbilang. Ia telah dikaji dalam beberapa virus patogen.
Penggabungan semula dalam sel prokariotik
Sel prokariotik, seperti bakteria bersel tunggal tanpa nukleus, juga menjalani penggabungan semula genetik. Dalam kes ini, gen satu bakteria dimasukkan ke dalam genom bakteria lain melalui persilangan. Penggabungan semula bakteria dijalankan melalui proses konjugasi, transformasi atau transduksi.
Dalam konjugasi, satu bakteria disambungkan kepada yang lain melalui struktur tiub protein. Dalam proses transformasi, prokariot mengambil DNA daripada persekitaran. Selalunya ia berasal dari sel mati.
Dalam transduksi, DNA ditukar melalui virus yang menjangkiti bakteria, yang dikenali sebagai bacteriophage. Setelah sel asing diinternalisasi melalui konjugasi, transformasi, atau transduksi,bakteria boleh memasukkan segmennya ke dalam DNAnya sendiri. Pemindahan ini dilakukan dengan menyilang dan membawa kepada penciptaan sel bakteria rekombinan.
