Заміна хромосом: що це таке і як це працює

Спадковість є основою еволюції. Зміни в генах живих істот відбуваються внаслідок випадкових мутацій, але якщо вони успадковуються від батьків до дітей, можливо, вони закріплюються в популяції певного виду. Наприклад, якщо генетична мутація в ДНК кодує більш помітне забарвлення самців певних видів, вони можуть легше розмножуватися, передаючи свої гени в майбутнє поколінь.

Деякі мутації нейтральні, інші шкідливі, а меншість є позитивними. У прикладі, який ми вам показали, нова позитивна характеристика закінчується тим, що «закріплюється» у виді, оскільки що ті, хто його представляє, мають більше дітей і, отже, експоненціально поширюють свої гени з кожним покоління. Коротко кажучи, ми щойно розповіли вам про еволюційні механізми природного відбору.

У будь-якому випадку, не все так просто в світі генетики. Коли утворюються статеві гамети, які дадуть початок зиготі, половина інформації надходить від матері, а друга — від батька, але ми не завжди говоримо про точні генетичні копії. Зустріньтеся з нами

механізм заміни хромосом, тому що, разом із вищезгаданими мутаціями, він являє собою одну з найзалізніших основ еволюційних процесів у природному середовищі.

• Пов'язана стаття: «Хромосоми: що це таке, характеристики та функціонування»

хромосоми і стать

Перш ніж повністю зануритися у світ хромосомних перестановок, важливо зрозуміти певні генетичні основи, які сприймаються як належне в теорії хромосом. Усі наші соматичні клітини, ті, що утворюють наші тканини (нейрони, адипоцити, епітеліальні клітини, моноцити та дуже довгі тощо) діляться шляхом мітозу, якщо вони мають здатність, тобто дають початок 2 точно таким же клітинам, де раніше була одна батьківський.

В цьому випадку, генетична інформація дублюється, але залишається незмінною в клітинній лінії. Ці клітини диплоїдні, або, що те саме, вони мають 23 пари хромосом (22 аутосомних пари, одна статева), з яких одна пара походить від матері, а інша – від батька. Таким чином, кожна наша клітина має всього 46 хромосом.

Статеві клітини (яйцеклітини та сперматозоїди) — це зовсім інший світ. Їм потрібна половина генетичної інформації, ніж соматичні клітини, оскільки вони збираються об’єднатися з іншою гаметою, щоб дати початок життєздатній зиготі. Якби яйцеклітини та сперматозоїди мали ті самі хромосоми, що й клітини нашого тіла, коли б вони з’єдналися разом, вони дали б початок плоду з 92 хромосомами (46x2), чи не так?

Вирішити цю проблему - мейоз. У цьому процесі, на відміну від мітозу, 4 гаплоїдні клітини (тільки з 23 хромосомами) утворюються з диплоїду, який, як ми пам’ятаємо, містить 46. Таким чином, коли дві гаплоїдні гамети зливаються, створюється диплоїдна зародкова лінія, яка визначає кожну клітину нашого тіла.

Що таке заміна хромосом?

Ви можете задатися питанням, що призвело до такого тривалого вступу, але це було важливо, оскільки перестановка хромосом разом із кросинговером або кросинговером виробляється всередині клітини під час мейозу (точніше, в профазі та метафазі), що забезпечує статеве розмноження за допомогою механізму вже описано.

так що, Хромосомну перестановку можна визначити як процес, за допомогою якого хромосоми розподіляються випадковим чином. хромосоми між гаплоїдними дочірніми статевими клітинами (n), що утворюються в результаті поділу диплоїдної клітини (2n). Це відбувається на основі розміщення гомологічних хромосом, які розташовані на екваторі клітини перед поділом, під час метафази I мейозу.

Після того, як ці генетичні структури розташовані в центрі клітини, мітотичне веретено «тягне» їх і розподіляє половину інформації на одному полюсі клітини, а другу — на іншому. Таким чином, коли відбувається цитоплазматичний поділ і утворюються дві клітини там, де раніше була одна, обидві матимуть однакову кількість генетичного матеріалу, але різної природи.

З математичної точки зору можливі перестановки хромосом у людини можна отримати так:

223= 8.388.608

Ми пояснюємо цю формулу швидко та легко. Оскільки кількість хромосом у геномі людини становить 23 пари (22 аутосомних + 1 статева), кількість можливих хромосомних перестановок під час мейозу буде збільшена до 23, із вражаючим результатом понад 8 мільйонів різних сценаріїв. Ця випадкова орієнтація хромосом до кожного з полюсів клітини є важливим джерелом генетичної мінливості.

Важливість кросинговеру хромосом

Хромосомний кросинговер визначається як обмін генетичним матеріалом під час процесу статевого розмноження між двома гомологічними хромосомами в одній клітині, утворюючи рекомбінантні хромосоми. Тут необхідно підкреслити, що термін «гомологічний» відноситься до хромосом, які утворюють пару під час мейоз, оскільки вони мають однакову структуру, однакові гени, але різну інформацію (кожен походить від a прародитель).

Ми не хочемо повністю описувати мейоз, тому вам буде достатньо знати, що заміна хромосом відбувається в метафазі I, а кросинговер — у профазі. У цей час гомологічні хромосоми утворюють міст, званий «хіазмою», який забезпечує обмін генетичною інформацією між ними.

Так, цей обмін дає початок двом рекомбінантним хромосомам, інформація про які надходить як від батька, так і від матері, але організована інакше, ніж у батьків. Ми згадали цей мейотичний механізм, тому що разом із перестановкою хромосом вони є основою генетична мінливість механізмів успадкування живих істот, які розмножуються статевим шляхом.

• Вас може зацікавити: «6 частин хромосоми: характеристики та функції»

Біологічне значення хромосомної перестановки

Точкові мутації, хромосомні перестановки та кросинговери між гомологічними хромосомами є важливими для розуміння життя, яким ми його сприймаємо сьогодні. Усю його функціональність і біологічне значення можна підсумувати одним словом: мінливість.

Якщо всі зразки в популяції генетично однакові, вони демонструватимуть низку фізичних ознак і (майже) однакову поведінку, тому вони будуть настільки ж підготовлені та/або адаптовані до змін у атмосфера. Еволюційні сили не «зацікавлені» в цьому сценарії, тому що, якщо прийде різка зміна і всі вид реагує так само, ймовірно, що він з часом вимре через брак інструментів біологічний.

Яскравий приклад цього можна побачити в деяких породах собак та інших домашніх тварин, які були суворо карається наслідками інбридингу, продуктом генетичного відбору людей. Розмноження між родичами призводить до гомозиготності, тобто втрати генетичної мінливості. Це явище відоме як «депресія інбридингу», і чим менше алелів у популяції, тим теоретично ймовірніше, що вона прямує до вимирання.

Нарешті, необхідно підкреслити, що ми говоримо не в здогадах. З цими двома даними ви зрозумієте, що ми маємо на увазі: 6 з 10 собак породи золотистий ретривер помирають від раку, а до 50% перських котів мають захворювання нирок полікістоз Зрозуміло, що відсутність генетичної мінливості в короткостроковій перспективі призводить до захворювань, а в довгостроковій перспективі – до нежиттєздатності цілого виду..

Резюме

У цьому місці ми скористалися нагодою, щоб зосередитися на перестановці хромосом з еволюційної точки зору, а не фізіологічні, тому що ми вважаємо, що набагато легше зрозуміти такі абстрактні явища на конкретних прикладах і наслідках викликаючи. Якщо ми хочемо, щоб ви залишилися з ідеєю, це таке: Мутації ДНК, хромосомні перестановки та кросинговер є основою спадковості у видів, що розмножуються статевим шляхом.. Без цих механізмів ми були б приречені на еволюційний провал.

Тепер ми завершуємо питанням, яке збентежить не одного читача: чи діють механізми генетичної мінливості під час статевого розмноження, як можливо, що існують види, які вижили за допомогою нестатевих систем розмноження протягом всієї історії? історія? Як ви бачите, є питання, які досі вислизають від нас.

Бібліографічні посилання:

• Чень, Ю. М., Чень, М. К., Чанг, П. C. & Chen, S. ч. (2012). Генетичний алгоритм розширених штучних хромосом для задач планування цехового потоку перестановок. Комп’ютери та промислова інженерія, 62 (2), 536-545.
• Клекнер, Н. (1996). Мейоз: як це може працювати?. Праці Національної академії наук, 93(16), 8167-8174.
• Мітчелл, Л. А. і Буке Дж. d. (2014). Циркулярна перестановка синтетичної еукаріотичної хромосоми з теломератором. Праці Національної академії наук, 111(48), 17003-17010.
• Шварцхер, Т. (2003). Мейоз, рекомбінація та хромосоми: огляд ізоляції генів та даних флуоресцентної гібридизації in situ у рослин. Журнал експериментальної ботаніки, 54 (380), 11-23.
• Сібенга, Дж. (1999). Що змушує гомологічні хромосоми знаходити одна одну в мейозі? Огляд і гіпотеза. Хромосома, 108(4), 209-219.