การรวมตัวกันของยีนคือการแลกเปลี่ยนสารพันธุกรรมระหว่างสิ่งมีชีวิตต่างๆ ส่งผลให้มีการผลิตลูกหลานที่มีลักษณะผสมผสานที่แตกต่างจากที่พบในพ่อแม่ทั้งสอง การแลกเปลี่ยนทางพันธุกรรมเหล่านี้ส่วนใหญ่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ
มันเกิดขึ้นได้อย่างไร
การรวมตัวใหม่ของยีนเริ่มต้นขึ้นจากการแยกยีนระหว่างการก่อตัวของเซลล์สืบพันธุ์ระหว่างไมโอซิส การปฏิสนธิ และการผสมข้ามพันธุ์ การข้ามทำให้อัลลีลของโมเลกุลดีเอ็นเอเปลี่ยนตำแหน่งจากโครโมโซมที่คล้ายคลึงกันหนึ่งส่วนไปเป็นอีกส่วนได้ การรวมตัวกันใหม่มีหน้าที่รับผิดชอบต่อความหลากหลายทางพันธุกรรมของสายพันธุ์หรือจำนวนประชากร
โครงสร้างโครโมโซม
โครโมโซมอยู่ภายในนิวเคลียสของเซลล์ พวกมันถูกสร้างขึ้นจากโครมาติน ซึ่งเป็นมวลสารพันธุกรรมที่ทำจาก DNA ซึ่งพันรอบโปรตีนที่เรียกว่าฮิสโตนอย่างแน่นหนา โครโมโซมมักจะเป็นเกลียวเดี่ยวและประกอบด้วยบริเวณเซนโทรเมียร์ที่เชื่อมระหว่างส่วนยาวและส่วนสั้น
การทำซ้ำของโครโมโซม
เมื่อเซลล์เข้าสู่วงจรชีวิต โครโมโซมของมันทำซ้ำผ่านการจำลองดีเอ็นเอเพื่อเตรียมการแบ่ง โครโมโซมที่ซ้ำกันแต่ละโครโมโซมประกอบด้วยสองโครโมโซมที่เหมือนกันเรียกว่าซิสเตอร์โครมาทิด มีความเกี่ยวข้องกับบริเวณเซนโทรเมียร์ เมื่อเซลล์แบ่งตัว เซตคู่จะเกิดขึ้น ประกอบด้วยโครโมโซม (คล้ายคลึงกัน) หนึ่งอันจากผู้ปกครองแต่ละคน
การแลกเปลี่ยนโครโมโซม
การรวมตัวกันของยีนระหว่างการข้ามสายพันธุ์ ได้รับการอธิบายครั้งแรกโดย Thomas Hunt Morgan ในยูคาริโอตจะอำนวยความสะดวกโดยการข้ามโครโมโซม กระบวนการผสมข้ามพันธุ์ส่งผลให้ลูกหลานมีการผสมผสานของยีนที่แตกต่างกันและสามารถผลิตอัลลีลแบบคิเมริกใหม่ได้ วิธีนี้ช่วยให้สิ่งมีชีวิตที่มีการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศสามารถหลีกเลี่ยงวงล้อของ Moeller ซึ่งจีโนมของประชากรที่ไม่อาศัยเพศจะสะสมการลบล้างทางพันธุกรรมในลักษณะที่ย้อนกลับไม่ได้
ในระหว่างการพยากรณ์ I โครมาทิดทั้งสี่เชื่อมต่อกันอย่างแน่นหนา ในการก่อตัวนี้ ตำแหน่งที่คล้ายคลึงกันบนสองโมเลกุลสามารถจับคู่กันอย่างใกล้ชิดและแลกเปลี่ยนข้อมูลทางพันธุกรรม การรวมตัวใหม่ของยีนสามารถเกิดขึ้นได้ทุกที่ตามโครโมโซม ความถี่ระหว่างสองจุดขึ้นอยู่กับระยะห่างที่แยกจากกัน
ความหมาย
การติดตามการเคลื่อนไหวของยีนอันเป็นผลมาจากการครอสโอเวอร์ได้พิสูจน์แล้วว่ามีประโยชน์มากสำหรับนักพันธุศาสตร์ ทำให้สามารถระบุได้ว่ายีนสองยีนอยู่บนโครโมโซมห่างกันเพียงใด วิทยาศาสตร์ยังสามารถใช้วิธีนี้ในการอนุมานการมีอยู่ของยีนบางตัวได้ โมเลกุลหนึ่งในคู่พันธะทำหน้าที่เป็นเครื่องหมายเพื่อตรวจจับการมีอยู่ของอีกโมเลกุลหนึ่ง ใช้สำหรับตรวจจับการปรากฏตัวของเชื้อโรคยีน
ความถี่ของการรวมตัวกันใหม่ระหว่างสองตำแหน่งที่สังเกตได้คือค่าทางแยก ขึ้นอยู่กับระยะทางร่วมกันของจุดโฟกัสทางพันธุกรรมที่สังเกตได้ สำหรับสภาพแวดล้อมที่ตายตัว การรวมตัวกันใหม่ในบริเวณใดส่วนหนึ่งของโครงสร้างพันธะ (โครโมโซม) มีแนวโน้มที่จะคงที่ เช่นเดียวกับค่าทางแยก ซึ่งใช้ในการสร้างแผนที่ทางพันธุกรรม
ไมโอซิส
โครโมโซมครอสโอเวอร์เกี่ยวข้องกับการแลกเปลี่ยนโครโมโซมคู่ที่สืบทอดมาจากพ่อแม่แต่ละคน ไมโอซิสซึ่งเป็นพื้นฐานของการรวมตัวใหม่ของยีนมีบทบาทสำคัญในกระบวนการนี้ แบบจำลองระดับโมเลกุลของกระบวนการนี้มีวิวัฒนาการตลอดหลายปีที่ผ่านมาตามหลักฐานที่สะสมไว้ แบบจำลองใหม่นี้แสดงให้เห็นว่าโครมาทิดสองในสี่ที่มีอยู่ที่จุดเริ่มต้นของไมโอซิส (prophase I) ได้รับการจับคู่กันและสามารถโต้ตอบกันได้ โครโมโซมและยีนรวมตัวกันอีกครั้ง อย่างไรก็ตาม คำอธิบายของฟังก์ชัน adaptive ของไมโอซิสที่เน้นเฉพาะทางแยกนั้นไม่เพียงพอสำหรับกิจกรรมการแลกเปลี่ยนส่วนใหญ่
ไมโทซิสและโครโมโซมที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกัน
ในเซลล์ยูคาริโอต ครอสโอเวอร์อาจเกิดขึ้นระหว่างไมโทซิสได้เช่นกัน ส่งผลให้เซลล์สองเซลล์มีสารพันธุกรรมเหมือนกัน ครอสโอเวอร์ใด ๆ ที่เกิดขึ้นระหว่างโครโมโซมที่คล้ายคลึงกันในไมโทซิสจะไม่สร้างยีนใหม่รวมกัน
การข้ามที่เกิดขึ้นในโครโมโซมที่ไม่คล้ายคลึงกันสามารถทำให้เกิดการกลายพันธุ์ที่เรียกว่าการโยกย้าย มันเกิดขึ้นเมื่อส่วนของโครโมโซมแยกออกจากและเคลื่อนไปยังตำแหน่งใหม่ในโมเลกุลที่ไม่คล้ายคลึงกัน การกลายพันธุ์ประเภทนี้อาจเป็นอันตรายได้เนื่องจากมักนำไปสู่การพัฒนาเซลล์มะเร็ง
การแปลงยีน
เมื่อมีการเปลี่ยนยีน สารพันธุกรรมบางส่วนจะถูกคัดลอกจากโครโมโซมหนึ่งไปยังอีกโครโมโซมโดยไม่เปลี่ยนผู้บริจาค การแปลงยีนเกิดขึ้นที่ความถี่สูงในสถานที่จริง นี่เป็นกระบวนการที่ลำดับดีเอ็นเอถูกคัดลอกจากเกลียวหนึ่งไปยังอีกเกลียวหนึ่ง การรวมตัวของยีนและโครโมโซมได้รับการศึกษาในเชื้อราข้ามซึ่งสะดวกที่จะสังเกตผลิตภัณฑ์ทั้งสี่ของไมโอสแต่ละตัว เหตุการณ์การแปลงยีนสามารถแยกความแตกต่างเป็นการเบี่ยงเบนในการแบ่งเซลล์แต่ละเซลล์จากการแยก 2:2 ปกติ
วิศวกรรมยีน
การรวมตัวกันของยีนสามารถเกิดขึ้นได้และโดยเจตนา มันถูกใช้กับชิ้นส่วน DNA ที่แตกต่างกัน ซึ่งมักจะมาจากสิ่งมีชีวิตที่แตกต่างกัน ดังนั้นจึงได้ดีเอ็นเอลูกผสม การรวมตัวใหม่สามารถใช้เพื่อเพิ่ม กำจัด หรือเปลี่ยนยีนของสิ่งมีชีวิต วิธีนี้มีความสำคัญต่อการวิจัยทางชีวการแพทย์ในสาขาพันธุวิศวกรรมและโปรตีน
การกู้คืนลูกผสม
ระหว่างไมโทซิสและไมโอซิส ดีเอ็นเอที่เสียหายจากปัจจัยภายนอกต่างๆ สามารถรักษาได้ด้วยขั้นตอนการซ่อมแซมที่คล้ายคลึงกัน (HRS) ในมนุษย์และสัตว์ฟันแทะ ความบกพร่องในผลิตภัณฑ์ยีนที่จำเป็นสำหรับ FGF ระหว่างไมโอซิสทำให้เกิดภาวะมีบุตรยาก
แบคทีเรียการเปลี่ยนแปลงคือกระบวนการถ่ายโอนยีนที่มักเกิดขึ้นระหว่างเซลล์แต่ละเซลล์ของสายพันธุ์เดียวกัน มันเกี่ยวข้องกับการรวม DNA ผู้บริจาคเข้ากับโครโมโซมของผู้รับผ่านการรวมตัวกันของยีน กระบวนการนี้เป็นการปรับเพื่อซ่อมแซมเซลล์ที่เสียหาย การเปลี่ยนแปลงอาจเป็นประโยชน์ต่อแบคทีเรียที่ทำให้เกิดโรคโดยการซ่อมแซมความเสียหายของดีเอ็นเอที่เกิดขึ้นในสภาพแวดล้อมที่มีการอักเสบและออกซิเดชันที่เกี่ยวข้องกับการติดเชื้อของโฮสต์
เมื่อไวรัสตั้งแต่สองตัวขึ้นไป ซึ่งแต่ละตัวมีความเสียหายของจีโนมร้ายแรง แพร่ระบาดในเซลล์โฮสต์เดียวกัน จีโนมสามารถผสมพันธุ์ซึ่งกันและกันและผ่าน FGP เพื่อผลิตลูกหลานที่มีชีวิต กระบวนการนี้เรียกว่าการเปิดใช้งานซ้ำหลายหลาก ได้รับการศึกษาในไวรัสที่ทำให้เกิดโรคหลายชนิด
การรวมตัวกันใหม่ในเซลล์โปรคาริโอต
เซลล์โปรคาริโอต เช่น แบคทีเรียเซลล์เดียวที่ไม่มีนิวเคลียส ก็ได้รับการรวมตัวใหม่ทางพันธุกรรมเช่นกัน ในกรณีนี้ ยีนของแบคทีเรียตัวหนึ่งจะรวมอยู่ในจีโนมของอีกตัวหนึ่งโดยการผสมข้ามพันธุ์ การรวมตัวของแบคทีเรียดำเนินการโดยกระบวนการผัน การแปลง หรือการถ่ายโอน
ในการผันคำกริยา แบคทีเรียตัวหนึ่งเชื่อมต่อกันผ่านโครงสร้างท่อโปรตีน ในกระบวนการเปลี่ยนแปลง โปรคาริโอตจะนำ DNA จากสิ่งแวดล้อม ส่วนใหญ่มักมาจากเซลล์ที่ตายแล้ว
ในการถ่ายทอดสัญญาณ DNA ถูกแลกเปลี่ยนผ่านไวรัสที่ติดเชื้อแบคทีเรีย เรียกว่า bacteriophage เมื่อเซลล์แปลกปลอมถูกทำให้อยู่ภายในผ่านการคอนจูเกต การแปลงรูป หรือการทรานส์ดักชันแบคทีเรียสามารถแทรกส่วนต่างๆ ของมันเข้าไปใน DNA ของมันเองได้ การถ่ายโอนนี้ดำเนินการโดยการข้ามและนำไปสู่การสร้างเซลล์แบคทีเรียลูกผสม