Tái tổ hợp gen là sự trao đổi vật chất di truyền giữa các sinh vật khác nhau. Nó dẫn đến việc tạo ra con cái với sự kết hợp của các đặc điểm khác với những đặc điểm được tìm thấy ở cả bố và mẹ. Hầu hết các trao đổi gen này diễn ra tự nhiên.
Nó xảy ra như thế nào
Tái tổ hợp gen bắt đầu do sự phân li của các gen trong quá trình hình thành giao tử trong quá trình giảm phân, thụ tinh và lai xa. Phép lai cho phép các alen trên phân tử ADN thay đổi vị trí từ đoạn nhiễm sắc thể tương đồng này sang đoạn nhiễm sắc thể tương đồng khác. Tái tổ hợp chịu trách nhiệm về sự đa dạng di truyền của một loài hoặc quần thể.
Cấu trúc nhiễm sắc thể
Nhiễm sắc thể nằm bên trong nhân tế bào. Chúng được hình thành từ chất nhiễm sắc, một khối vật chất di truyền cấu tạo từ DNA được bao bọc chặt chẽ xung quanh các protein được gọi là histone. Nhiễm sắc thể thường là sợi đơn và bao gồm một vùng tâm động nối các vùng dài và vùng ngắn.
Sự nhân đôi của nhiễm sắc thể
Khi tế bào bước vào chu kỳ sống, nhiễm sắc thể của nóđược nhân đôi thông qua quá trình nhân đôi ADN để chuẩn bị cho quá trình phân chia. Mỗi nhiễm sắc thể được nhân đôi bao gồm hai nhiễm sắc thể giống hệt nhau, được gọi là nhiễm sắc thể chị em. Chúng được liên kết với vùng tâm động. Khi các tế bào phân chia, các bộ ghép đôi được hình thành. Chúng bao gồm một nhiễm sắc thể (tương đồng) từ mỗi cha mẹ.
Trao đổi nhiễm sắc thể
Tái tổ hợp gen trong quá trình lai xa lần đầu tiên được mô tả bởi Thomas Hunt Morgan. Ở sinh vật nhân thực, nó được tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình lai chéo nhiễm sắc thể. Quá trình lai tạo kết quả là con cái có các tổ hợp gen khác nhau và có thể tạo ra các alen mới. Điều này cho phép các sinh vật sinh sản hữu tính tránh được bánh cóc của Moeller, trong đó bộ gen của quần thể sinh sản vô tính tích lũy sự xóa gen theo cách không thể đảo ngược.
Trong prophase I, bốn chromatid được kết nối chặt chẽ với nhau. Trong sự hình thành này, các vị trí tương đồng trên hai phân tử có thể bắt cặp chặt chẽ với nhau và trao đổi thông tin di truyền. Sự tái tổ hợp gen có thể xảy ra ở bất kỳ vị trí nào dọc theo nhiễm sắc thể. Tần số của nó giữa hai điểm phụ thuộc vào khoảng cách ngăn cách chúng.
Có nghĩa là
Theo dõi sự di chuyển của các gen do kết quả của phép lai đã được chứng minh là rất hữu ích cho các nhà di truyền học. Điều này giúp bạn có thể xác định cách xa nhau của hai gen trên một nhiễm sắc thể. Khoa học cũng có thể sử dụng phương pháp này để suy ra sự hiện diện của một số gen nhất định. Một phân tử trong một cặp ngoại quan đóng vai trò như một điểm đánh dấu để phát hiện sự có mặt của phân tử kia. Nó được sử dụng để phát hiện sự hiện diện của mầm bệnhgen.
Tần suất kết hợp lại giữa hai locus quan sát là giá trị giao nhau. Nó phụ thuộc vào khoảng cách lẫn nhau của các tiêu điểm di truyền quan sát được. Đối với bất kỳ bộ điều kiện môi trường cố định nào, sự tái tổ hợp trong một vùng cụ thể của cấu trúc liên kết (nhiễm sắc thể) có xu hướng không đổi. Điều này cũng đúng với giá trị giao nhau, được sử dụng khi tạo bản đồ di truyền.
Meiosis
Trao đổi đoạn nhiễm sắc thể liên quan đến việc trao đổi các cặp nhiễm sắc thể được thừa hưởng từ bố và mẹ. Meiosis, là cơ sở của sự tái tổ hợp gen, đóng một vai trò quan trọng trong quá trình này. Các mô hình phân tử của quá trình này đã phát triển qua nhiều năm như bằng chứng đã tích lũy được. Mô hình mới chứng minh rằng hai trong số bốn chromatid có mặt ở đầu meiosis (prophase I) được ghép nối với nhau và có khả năng tương tác. Sự tái tổ hợp của nhiễm sắc thể và gen diễn ra trong đó. Tuy nhiên, những giải thích về chức năng thích ứng của meiosis chỉ tập trung vào giao lộ là không đủ cho hầu hết các sự kiện trao đổi.
Nguyên phân và nhiễm sắc thể không tương đồng
Ở tế bào nhân thực, sự trao đổi chéo cũng có thể xảy ra trong quá trình nguyên phân. Điều này dẫn đến hai tế bào có vật chất di truyền giống hệt nhau. Bất kỳ sự trao đổi chéo nào xảy ra giữa các nhiễm sắc thể tương đồng trong nguyên phân đều không tạo ra tổ hợp gen mới.
Phép lai xảy ra ở các nhiễm sắc thể không tương đồng có thể tạo ra đột biến được gọi làchuyển vị. Nó xảy ra khi một đoạn của nhiễm sắc thể tách khỏi và di chuyển đến vị trí mới trên phân tử không tương đồng. Loại đột biến này có thể nguy hiểm vì nó thường dẫn đến sự phát triển của các tế bào ung thư.
Chuyển đổi gen
Khi gen được biến đổi, một phần của vật liệu di truyền được sao chép từ nhiễm sắc thể này sang nhiễm sắc thể khác mà không làm thay đổi người cho. Sự chuyển đổi gen diễn ra với tần suất cao ở vị trí thực tế. Đây là quá trình mà một chuỗi DNA được sao chép từ chuỗi xoắn này sang chuỗi xoắn khác. Sự tái tổ hợp gen và nhiễm sắc thể đã được nghiên cứu trong các phép lai giữa nấm, nơi thuận tiện để quan sát bốn sản phẩm của các meioses riêng lẻ. Các sự kiện chuyển đổi gen có thể được phân biệt là sự sai lệch trong quá trình phân chia tế bào riêng lẻ so với sự phân li bình thường theo tỷ lệ 2: 2.
Kỹ thuật gen
Tái tổ hợp gen có thể là nhân tạo và có chủ ý. Nó được sử dụng trên các đoạn DNA khác nhau, thường là từ các sinh vật khác nhau. Như vậy thu được DNA tái tổ hợp. Tái tổ hợp nhân tạo có thể được sử dụng để thêm, bớt hoặc thay đổi gen của sinh vật. Phương pháp này rất quan trọng đối với nghiên cứu y sinh trong lĩnh vực kỹ thuật gen và protein.
Phục hồi tái tổ hợp
Trong quá trình nguyên phân và meiosis, DNA bị hư hỏng bởi các yếu tố ngoại sinh khác nhau có thể được cứu bằng bước sửa chữa tương đồng (HRS). Ở người và động vật gặm nhấm, sự thiếu hụt các sản phẩm gen cần thiết cho FGF trong quá trình meiosis gây ra vô sinh.
Vi khuẩnbiến nạp là quá trình chuyển gen thường xảy ra giữa các tế bào của cùng một loài. Nó liên quan đến việc tích hợp DNA của người cho vào nhiễm sắc thể của người nhận thông qua tái tổ hợp gen. Quá trình này là một sự thích nghi để sửa chữa các tế bào bị hư hỏng. Sự biến đổi có thể có lợi cho vi khuẩn gây bệnh bằng cách cho phép sửa chữa các tổn thương DNA xảy ra trong môi trường oxy hóa, viêm nhiễm liên quan đến nhiễm trùng vật chủ.
Khi hai hoặc nhiều vi-rút, mỗi vi-rút chứa tổn thương bộ gen gây chết người, lây nhiễm vào cùng một tế bào chủ, các bộ gen có thể giao phối với nhau và truyền qua FGP để tạo ra con cái có thể sống được. Quá trình này được gọi là kích hoạt lại tính đa hiệu. Nó đã được nghiên cứu trên một số loại virus gây bệnh.
Tái tổ hợp trong tế bào nhân sơ
Tế bào nhân sơ, giống như vi khuẩn đơn bào không có nhân, cũng trải qua quá trình tái tổ hợp di truyền. Trong trường hợp này, các gen của một vi khuẩn được đưa vào bộ gen của vi khuẩn khác bằng cách lai tạp. Sự tái tổ hợp của vi khuẩn được thực hiện bằng các quá trình tiếp hợp, biến nạp hoặc tải nạp.
Trong tiếp hợp, một vi khuẩn được kết nối với một vi khuẩn khác thông qua cấu trúc hình ống protein. Trong quá trình biến nạp, sinh vật nhân sơ lấy ADN từ môi trường. Chúng thường đến từ các tế bào chết.
Trong quá trình tải nạp, DNA được trao đổi thông qua một loại virus lây nhiễm vi khuẩn, được gọi là thực khuẩn. Một khi tế bào ngoại lai được nội tại thông qua liên hợp, biến đổi hoặc tải nạp,vi khuẩn có thể chèn các phân đoạn của nó vào DNA của chính nó. Sự chuyển giao này được thực hiện bằng cách lai xa và dẫn đến việc tạo ra tế bào vi khuẩn tái tổ hợp.
