نوترکیبی ژن تبادل مواد ژنتیکی بین موجودات مختلف است. این منجر به تولید فرزندانی با ترکیبی از صفات متفاوت با صفات موجود در هر دو والدین می شود. بیشتر این تبادلات ژنتیکی به طور طبیعی اتفاق می افتد.
چگونه اتفاق می افتد
نوترکیبی ژن در نتیجه جدا شدن ژنها در طول تشکیل گامتها در طول میوز، لقاح و تلاقی آغاز می شود. تقاطع به آلل‌های روی مولکول‌های DNA امکان تغییر موقعیت از یک بخش کروموزوم همولوگ به بخش دیگر را می‌دهد. نوترکیبی مسئول تنوع ژنتیکی یک گونه یا جمعیت است.
ساختار کروموزوم
کروموزوم ها در داخل هسته سلول ها قرار دارند. آنها از کروماتین، توده ای از مواد ژنتیکی ساخته شده از DNA تشکیل شده اند که به طور محکم در اطراف پروتئین هایی به نام هیستون پیچیده شده است. کروموزوم معمولاً تک رشته ای است و از یک ناحیه سانترومر تشکیل شده است که نواحی بلند و کوتاه را به هم متصل می کند.
تکثیر کروموزومها
وقتی یک سلول وارد چرخه زندگی خود می شود، کروموزوم های آندر آماده سازی برای تقسیم از طریق همانندسازی DNA تکثیر می شوند. هر کروموزوم تکراری از دو کروموزوم یکسان تشکیل شده است که کروماتیدهای خواهر نامیده می شوند. آنها با ناحیه سانترومر مرتبط هستند. هنگامی که سلول ها تقسیم می شوند، مجموعه های جفتی تشکیل می شوند. آنها از یک کروموزوم (همولوگ) از هر والدین تشکیل شده اند.
تبادل کروموزومی
نوترکیب ژن در طول تقاطع اولین بار توسط توماس هانت مورگان توصیف شد. در یوکاریوت ها با عبور کروموزوم ها تسهیل می شود. فرآیند تلاقی منجر به این می شود که فرزندان دارای ترکیبات مختلفی از ژن ها باشند و می توانند آلل های کایمریک جدیدی تولید کنند. این امر به ارگانیسم‌های تولید مثل جنسی اجازه می‌دهد از جغجغه مولر، که در آن ژنوم‌های جمعیت غیرجنسی حذف‌های ژنتیکی را به‌صورت غیرقابل برگشتی جمع‌آوری می‌کنند، اجتناب کنند.
در طول پروفاز I، چهار کروماتید محکم به هم متصل هستند. در این شکل‌گیری، مکان‌های همولوگ روی دو مولکول می‌توانند از نزدیک با یکدیگر جفت شوند و اطلاعات ژنتیکی را مبادله کنند. نوترکیبی ژن می تواند در هر نقطه از کروموزوم رخ دهد. فرکانس آن بین دو نقطه بستگی به فاصله ای دارد که آنها را از هم جدا می کند.
معنا
ردیابی حرکت ژن ها در نتیجه تلاقی ها برای متخصصان ژنتیک بسیار مفید است. این امکان تعیین فاصله دو ژن روی یک کروموزوم را فراهم می کند. علم همچنین می تواند از این روش برای استنباط وجود ژن های خاص استفاده کند. یک مولکول در یک جفت پیوند به عنوان یک نشانگر برای تشخیص حضور دیگری عمل می کند. برای تشخیص وجود پاتوژن ها استفاده می شودژن ها.
فرکانس نوترکیبی بین دو مکان مشاهده شده مقدار تقاطع است. این بستگی به فاصله متقابل کانون های ژنتیکی مشاهده شده دارد. برای هر مجموعه ثابتی از شرایط محیطی، نوترکیب در یک ناحیه خاص از ساختار پیوند (کروموزوم) تمایل به ثابت بودن دارد. همین امر در مورد مقدار تقاطع نیز صادق است، که هنگام ایجاد نقشه های ژنتیکی استفاده می شود.
میوز
متقاطع کروموزومی شامل تبادل کروموزوم های زوجی است که از هر یک از والدین به ارث می رسد. میوز، به عنوان اساس نوترکیبی ژن، نقش مهمی در این فرآیند ایفا می کند. مدل‌های مولکولی این فرآیند در طول سال‌ها با جمع‌آوری شواهد تکامل یافته‌اند. مدل جدید نشان می‌دهد که دو کروماتید از چهار کروماتید موجود در ابتدای میوز (پروفاز I) با یکدیگر جفت شده‌اند و قادر به تعامل هستند. ترکیب مجدد کروموزوم ها و ژن ها در آن صورت می گیرد. با این حال، توضیحات مربوط به عملکرد تطبیقی میوز که صرفاً بر تقاطع متمرکز است برای اکثر رویدادهای مبادله کافی نیست.
میتوز و کروموزوم های غیر همولوگ
در سلولهای یوکاریوتی، متقاطع می تواند در طول میتوز نیز رخ دهد. این منجر به دو سلول با مواد ژنتیکی یکسان می شود. هر تلاقی که بین کروموزوم های همولوگ در میتوز رخ دهد، ترکیب جدیدی از ژن ها را تولید نمی کند.
تلاقی که در کروموزوم های غیر همولوگ رخ می دهد می تواند جهشی به نام ایجاد کند.جابجایی زمانی اتفاق می افتد که بخشی از کروموزوم از یک مولکول غیر همولوگ جدا می شود و به موقعیت جدیدی روی آن می رود. این نوع جهش می تواند خطرناک باشد زیرا اغلب منجر به ایجاد سلول های سرطانی می شود.
تبدیل ژن
هنگامی که ژن ها تغییر شکل می دهند، بخشی از ماده ژنتیکی از کروموزوم به کروموزوم دیگر بدون تغییر دادن دهنده کپی می شود. تبدیل ژن در یک فرکانس بالا در مکان واقعی رخ می دهد. این فرآیندی است که طی آن یک توالی DNA از یک مارپیچ به مارپیچ دیگر کپی می شود. نوترکیبی ژنها و کروموزومها در تلاقی‌های قارچی مورد مطالعه قرار گرفته است، جایی که مشاهده چهار محصول از میوزهای فردی راحت است. رویدادهای تبدیل ژن را می توان به عنوان انحراف در تقسیم سلولی فردی از جداسازی طبیعی 2:2 متمایز کرد.
مهندسی ژن
نوترکیب ژن می تواند مصنوعی و عمدی باشد. این بر روی قطعات DNA متفاوت، اغلب از موجودات مختلف استفاده می شود. بنابراین DNA نوترکیب به دست می آید. از نوترکیبی مصنوعی می توان برای افزودن، حذف یا تغییر ژن های یک موجود زنده استفاده کرد. این روش برای تحقیقات زیست پزشکی در زمینه مهندسی ژنتیک و پروتئین مهم است.
بازیابی نوترکیب
در طول میتوز و میوز، DNA آسیب دیده توسط عوامل خارجی مختلف را می توان با مرحله ترمیم همولوگ (HRS) نجات داد. در انسان و جوندگان، کمبود محصولات ژنی مورد نیاز برای FGF در طول میوز باعث ناباروری می شود.
باکتریتبدیل فرآیند انتقال ژن است که معمولاً بین سلول های منفرد از یک گونه اتفاق می افتد. این شامل ادغام DNA دهنده در کروموزوم گیرنده از طریق نوترکیبی ژن است. این فرآیند سازگاری برای ترمیم سلول های آسیب دیده است. تغییر شکل ممکن است با اجازه دادن به ترمیم آسیب DNA که در محیط التهابی و اکسیداتیو مرتبط با عفونت میزبان رخ می دهد، برای باکتری های بیماری زا مفید باشد.
هنگامی که دو یا چند ویروس که هر کدام حاوی آسیب ژنومی کشنده هستند، همان سلول میزبان را آلوده می کنند، ژنوم ها می توانند با یکدیگر جفت شوند و از FGP عبور کنند تا فرزندان زنده ای تولید کنند. این فرآیند را فعال سازی مجدد چندگانه می نامند. در چندین ویروس بیماری زا مورد مطالعه قرار گرفته است.
بازترکیب در سلولهای پروکاریوتی
سلول های پروکاریوتی مانند باکتری های تک سلولی بدون هسته نیز دچار نوترکیبی ژنتیکی می شوند. در این حالت ژن های یک باکتری با تلاقی در ژنوم باکتری دیگر وارد می شود. نوترکیبی باکتری توسط فرآیندهای کونژوگاسیون، تبدیل یا انتقال انجام می شود.
در کونژوگه، یک باکتری از طریق ساختار لوله ای پروتئینی به باکتری دیگر متصل می شود. در فرآیند تبدیل، پروکاریوت ها DNA را از محیط می گیرند. آنها اغلب از سلول های مرده می آیند.
در انتقال، DNA از طریق ویروسی مبادله می شود که باکتری ها را آلوده می کند که به باکتریوفاژ معروف است. هنگامی که سلول خارجی از طریق صرف، تبدیل یا ترانسداکشن درونی می شود،این باکتری می تواند بخش های خود را در DNA خود وارد کند. این انتقال از طریق عبور انجام می شود و منجر به ایجاد یک سلول باکتریایی نوترکیب می شود.
