إعادة التركيب الجيني هو تبادل المواد الجينية بين الكائنات الحية المختلفة. ينتج عنه إنتاج ذرية بمزيج من السمات التي تختلف عن تلك الموجودة في كلا الوالدين. تحدث معظم هذه التبادلات الجينية بشكل طبيعي.
كيف يحدث
يبدأ إعادة التركيب الجيني نتيجة فصل الجينات أثناء تكوين الأمشاج أثناء الانقسام الاختزالي والتخصيب والعبور. يسمح العبور للأليلات الموجودة على جزيئات الحمض النووي بتغيير موضعها من جزء كروموسوم متماثل إلى آخر. إعادة التركيب مسؤولة عن التنوع الجيني للأنواع أو السكان.
هيكل الكروموسوم
توجد الكروموسومات داخل نواة الخلايا. تتكون من مادة الكروماتين ، وهي كتلة من المواد الجينية المكونة من الحمض النووي والتي يتم لفها بإحكام حول بروتينات تسمى الهستونات. عادة ما يكون الكروموسوم منفردًا ويتكون من منطقة مركزية تربط المناطق الطويلة والقصيرة.
ازدواجية الكروموسومات
عندما تدخل الخلية دورة حياتها ، فإن الكروموسومات الخاصة بهايتم تكرارها من خلال تكرار الحمض النووي استعدادًا للانقسام. يتكون كل كروموسوم مكرر من صبغيين متطابقين ، يسمى الكروماتيدات الشقيقة. ترتبط بمنطقة السنترومير. عندما تنقسم الخلايا ، تتشكل مجموعات مقترنة. تتكون من كروموسوم واحد (متماثل) من كل والد.
تبادل الكروموسومات
تم وصف إعادة التركيب الجيني أثناء العبور لأول مرة بواسطة توماس هانت مورغان. في حقيقيات النوى ، يتم تسهيله عن طريق عبور الكروموسوم. ينتج عن عملية التهجين أن النسل يمتلك مجموعات مختلفة من الجينات ويمكن أن ينتج أليلات خيمرية جديدة. يسمح هذا للكائنات الحية التي تتكاثر جنسيًا بتجنب سرعة مولر ، حيث تتراكم جينومات السكان اللاجنسيين المحذوفات الجينية بطريقة لا رجوع فيها.
أثناء الطور الأول ، ترتبط الكروماتيدات الأربعة بإحكام. في هذا التكوين ، يمكن للمواقع المتجانسة على جزيئين أن تتزاوج بشكل وثيق مع بعضها البعض وتتبادل المعلومات الجينية. يمكن أن يحدث إعادة التركيب الجيني في أي مكان على طول الكروموسوم. تردده بين نقطتين يعتمد على المسافة التي تفصل بينهما.
المعنى
أثبت تتبع حركة الجينات نتيجة لعمليات الانتقال أنه مفيد جدًا لعلماء الوراثة. هذا يجعل من الممكن تحديد مدى تباعد جينين على الكروموسوم. يمكن للعلم أيضًا استخدام هذه الطريقة لاستنتاج وجود جينات معينة. يعمل جزيء واحد في زوج مرتبط كعلامة للكشف عن وجود الآخر. يتم استخدامه للكشف عن وجود مسببات الأمراضالجينات.
تكرار إعادة التركيب بين موقعين ملاحظين هو قيمة التقاطع. يعتمد ذلك على المسافة المتبادلة للبؤر الجينية المرصودة. بالنسبة لأي مجموعة ثابتة من الظروف البيئية ، تميل إعادة التركيب في منطقة معينة من بنية الرابطة (الكروموسوم) إلى أن تكون ثابتة. وينطبق الشيء نفسه على قيمة التقاطع ، والتي تستخدم عند إنشاء الخرائط الجينية.
الانقسام الاختزالي
يتضمن تقاطع الكروموسومات تبادل الكروموسومات المزدوجة الموروثة من كل والد. يلعب الانقسام الاختزالي ، كأساس لإعادة التركيب الجيني ، دورًا مهمًا في هذه العملية. تطورت النماذج الجزيئية لهذه العملية على مر السنين مع تراكم الأدلة. يوضح النموذج الجديد أن اثنين من الكروماتيدات الأربعة الموجودة في بداية الانقسام الاختزالي (الطور الأول) يقترنان مع بعضهما البعض وقادران على التفاعل. يتم إعادة تركيب الكروموسومات والجينات فيه. ومع ذلك ، فإن تفسيرات الوظيفة التكيفية للانقسام الاختزالي التي تركز فقط على التقاطع غير كافية لمعظم أحداث التبادل.
الانقسام والكروموسومات غير المتماثلة
في الخلايا حقيقية النواة ، يمكن أن يحدث التقاطع أيضًا أثناء الانقسام. ينتج عن هذا خليتان بهما مادة وراثية متطابقة. أي تقاطع يحدث بين الكروموسومات المتماثلة في الانقسام لا ينتج توليفة جديدة من الجينات.
يمكن أن ينتج عن العبور الذي يحدث في الكروموسومات غير المتجانسة طفرة تعرف باسمالنقل. يحدث عندما ينفصل جزء من الكروموسوم عن جزيء غير متماثل وينتقل إلى موضع جديد. يمكن أن يكون هذا النوع من الطفرات خطيرًا لأنه غالبًا ما يؤدي إلى تكون الخلايا السرطانية.
تحويل الجينات
عندما يتم تحويل الجينات ، يتم نسخ جزء من المادة الوراثية من كروموسوم إلى آخر دون تغيير المتبرع. يحدث التحويل الجيني بوتيرة عالية في الموقع الفعلي. هذه هي العملية التي يتم من خلالها نسخ تسلسل الحمض النووي من حلزون إلى آخر. تمت دراسة إعادة تركيب الجينات والكروموسومات في تهجينات فطرية ، حيث يكون من الملائم مراقبة المنتجات الأربعة للانقسام الاختزالي الفردي. يمكن تمييز أحداث تحويل الجينات على أنها انحرافات في الانقسام الخلوي الفردي عن الفصل العادي 2: 2.
هندسة الجينات
يمكن أن يكون إعادة التركيب الجيني مصطنعًا ومتعمدًا. يتم استخدامه على أجزاء متفرقة من الحمض النووي ، غالبًا من كائنات مختلفة. وهكذا ، يتم الحصول على الحمض النووي المؤتلف. يمكن استخدام إعادة التركيب الاصطناعي لإضافة أو إزالة أو تغيير جينات الكائن الحي. هذه الطريقة مهمة للبحوث الطبية الحيوية في مجال الهندسة الوراثية والبروتينات.
استرداد المؤتلف
أثناء الانقسام والانقسام الاختزالي ، يمكن حفظ الحمض النووي المتضرر من عوامل خارجية مختلفة من خلال خطوة الإصلاح المتجانسة (HRS). في البشر والقوارض ، يؤدي نقص المنتجات الجينية اللازمة لـ FGF أثناء الانقسام الاختزالي إلى العقم.
البكتيرياالتحول هو عملية نقل الجينات التي تحدث عادة بين الخلايا الفردية من نفس النوع. يتضمن دمج DNA المتبرع في كروموسوم المتلقي من خلال إعادة التركيب الجيني. هذه العملية هي تكيف لإصلاح الخلايا التالفة. قد يفيد التحول البكتيريا المسببة للأمراض من خلال السماح بإصلاح تلف الحمض النووي الذي يحدث في البيئة الالتهابية المؤكسدة المرتبطة بعدوى المضيف.
عندما يصيب فيروسان أو أكثر ، يحتوي كل منهما ضررًا جينوميًا مميتًا ، نفس الخلية المضيفة ، يمكن للجينومات أن تتزاوج مع بعضها البعض وتمر عبر FGP لإنتاج ذرية قابلة للحياة. هذه العملية تسمى إعادة تنشيط التعددية. تمت دراسته في عدة فيروسات ممرضة.
إعادة التركيب في خلايا بدائية النواة
الخلايا بدائية النواة ، مثل البكتيريا وحيدة الخلية بدون نواة ، تخضع أيضًا لإعادة التركيب الجيني. في هذه الحالة ، يتم تضمين جينات إحدى البكتيريا في جينوم أخرى عن طريق التهجين. تتم إعادة التركيب البكتيري من خلال عمليات الاقتران أو التحويل أو التحويل.
في الاقتران ، ترتبط بكتيريا بأخرى من خلال هيكل أنبوبي بروتيني. في عملية التحول ، تأخذ بدائيات النوى الحمض النووي من البيئة. غالبًا ما تأتي من الخلايا الميتة.
في التنبيغ ، يتم تبادل الحمض النووي من خلال فيروس يصيب البكتيريا المعروفة باسم العاثية. بمجرد استيعاب الخلية الأجنبية من خلال الاقتران أو التحويل أو النقل ،يمكن للبكتيريا أن تدخل أجزائها في حمضها النووي. يتم هذا النقل عن طريق التهجين ويؤدي إلى تكوين خلية بكتيرية مؤتلفة.
