معلومة

إعادة التركيب الجيني والطفرة

إعادة التركيب الجيني والطفرة


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

هل يمكن أن ينتج عن إعادة التركيب الجيني طفرة اعتمادًا على الحمض النووي الجديد المدمج في الجينوم؟ أود أن أقول نعم لأنه عندما يأتي شيء غريب ، لا بد أن الجينوم لا يعمل بشكل صحيح.


عندما تقول "DNA جديد مدمج في الجينوم" ، فهذا يشير إلى أنك تسيء فهم معنى إعادة التركيب الجيني. قد تتأكد من أنك تفهم هذا المفهوم حقًا قبل المضي قدمًا.

يميل معدل الطفرة ومعدل إعادة التركيب إلى التغير في جميع أنحاء الجينوم (Lercher and Hurst 2002). لذلك ، نعم ، العمليات التي تؤدي إلى أحداث إعادة التركيب تميل أيضًا إلى التسبب في أحداث طفرية.


إعادة التركيب الجيني

تعريفات

يشير إعادة التركيب الجيني إلى إعادة ترتيب تسلسل الحمض النووي عن طريق تكسير الكروموسومات أو أجزاء الكروموسومات وإعادة انضمامها. كما يصف عواقب إعادة الترتيب هذه ، أي وراثة مجموعات جديدة من الأليلات في النسل التي تحمل الكروموسومات المؤتلفة. إعادة التركيب الجيني هو سمة مبرمجة للانقسام الاختزالي في معظم الكائنات الحية الجنسية ، حيث يضمن الفصل المناسب للكروموسومات. نظرًا لأن تواتر إعادة التركيب يتناسب تقريبًا مع المسافة المادية بين العلامات ، فإنه يوفر الأساس لرسم الخرائط الجينية. تعمل إعادة التركيب أيضًا كآلية لإصلاح بعض أنواع الأضرار التي قد تكون قاتلة للكروموسومات.

غالبًا ما يستخدم إعادة التركيب الجيني كمصطلح عام يتضمن العديد من أنواع إعادة ترتيب الحمض النووي والعمليات الجزيئية الأساسية. إعادة التركيب الانتصافي هو مثال على التفاعل الذي يتضمن تسلسلات DNA مقترنة ومتجانسة على أطوال ممتدة للغاية. هذا النوع من العمليات ، والذي تم توضيحه في شكل 1 ، يُطلق عليه إعادة التركيب العام أو الشرعي أو المتماثل. إعادة التركيب من هذا النوع هو أمر متبادل ، لأن كل كروموسوم مشارك يتلقى معلومات مماثلة لما يتبرع به للشريك الآخر. الحدث المعروض في شكل 1 تم تحديده أيضًا على أنه تقاطع ، حيث تم تبادل جميع المعلومات على كلا الجانبين من الفاصل الفعال.

شكل 1 . رسم تخطيطي مبسط لحدث إعادة التركيب الانتصافي. تشير القضبان العمودية إلى أن الكروماتيدات الفردية (أي جزيئات الحمض النووي) البيضاوية عبارة عن وحدات مركزية. نتخيل زوجين من الكروماتيدات الشقيقة بعد تخليق الحمض النووي المسبق للحيوية والتي تتميز باللون والعلامات الجينية في المواقع أ / أ و ب / ب. إذا استمر الانقسام الاختزالي دون إعادة التركيب ، فستفصل العلامات 2: 2 في أزواج مرتبطة في الأمشاج أو الأبواغ الناتجة ، كما هو موضح أسفل الرسم البياني الأيسر. إذا حدث حدث إعادة تركيب متبادل بين علامتين ، فإن علاقات الارتباط تتغير ، مما ينتج عنه كروماتيدان جديدان كما هو موضح ، وفي النهاية أربعة منتجات أحادية الصيغة الصبغية متميزة.

التحويل الجيني هو شكل من أشكال إعادة التركيب المتماثل غير التبادلي. يتم التعرف على ذلك من خلال استعادة أعداد غير متساوية من العلامات الأبوية في مكان معين ، ويظهر مثال بسيط في الشكل 2 . يمكن أن تكون أحداث التحويل مصحوبة بتقاطع أو لا (كما هو موضح في الشكل 2 ). في الحالة الأخيرة ، يبدو التحويل وكأنه تقاطع مزدوج موضعي للغاية ، لكنه غير متبادل ومن المحتمل أن يكون نتيجة لحدث واحد.

الشكل 2 . رسم توضيحي لحدث التحويل الجيني. على عكس إعادة التركيب المتبادل الموضح في شكل 1 ، تم نقل المعلومات فقط من أحد الوالدين إلى الآخر ، ويكون مدى تبادل المعلومات أصغر.

يمكن أن يحدث إعادة التركيب المتماثل بين الكروموسومات المتجانسة أو الكروماتيدات الشقيقة في الخلايا الانقسامية أيضًا. بالإضافة إلى ذلك ، قد تحدث أحداث مماثلة بشكل أساسي بين متواليات متماثلة موجودة في مواقع مختلفة على كروموسومات غير متجانسة ، وهذا ما يسمى غالبًا "إعادة التركيب خارج الرحم". يُطلق على إعادة التركيب الذي يتضمن تجانسًا محدودًا جدًا أو لا يوجد تناظر بين متواليات الحمض النووي المتفاعلة إعادة التركيب غير الشرعي أو غير المتماثل. في بعض الأحيان ، يتم رؤية عدد قليل من أزواج القاعدة المتطابقة (bp) على وجه التحديد عند تقاطعات إعادة التركيب غير المشروعة ، وتسمى هذه علم الأحياء الدقيقة. عادةً ما يتم تصنيف الحدث المدعوم بتماثلات تبلغ 100 نقطة أساس أو أكثر على أنه متماثل ، فإن تطابق 10 نقاط أساس أو أقل سيكون غير متماثل ومن الواضح أن هناك منطقة رمادية بينهما.

في أحداث إعادة التركيب المحافظة ، يتم الاحتفاظ بعدد نسخ الكروموسومات المتفاعلة أو تسلسل الحمض النووي خلال العملية ، بينما في الأحداث غير المحافظة ، يتم تقليل نسختين أصليتين إلى نسخة واحدة في المنتج. يمكن إجراء هذا التمييز لكل من إعادة التركيب المتماثل وغير المتماثل.

يتم التوسط في أحداث إعادة التركيب الخاصة بالموقع عن طريق إنزيمات إعادة التركيب الخاصة بالتسلسل والتي غالبًا ما يتم ترميزها بواسطة الفيروسات أو العناصر القابلة للنقل. قد تعتمد العمليات الجزيئية التي تحفزها على امتدادات قصيرة جدًا من التماثل بين الحمض النووي المتفاعل ، أو قد تكون غير متجانسة تمامًا.


ما هي الطفرة؟

يتم تعريف الطفرة على أنها تغييرات صغيرة النطاق في تسلسل النيوكليوتيدات للجينوم و ال لا يتم تصحيح التغييرات عن طريق إصلاح الإنزيمات. يمكن أن تكون هذه الطفرات تغييرات أساسية واحدة (الطفرات النقطية) ، أو الإدراج أو الحذف على نطاق صغير. تُعرف العوامل المسببة للطفرة باسم المطفرة. المطفرات الأكثر شيوعًا هي التكاثر الخاطئ والمواد الكيميائية والإشعاع. تغير المواد الكيميائية والإشعاع بنية النيوكليوتيدات ، وإذا لم يتم إصلاح التغيير ، فستكون الطفرة دائمة.

هناك العديد من الإنزيمات التي تعمل على إصلاح هذه الطفرات في الحمض النووي ، مثل ميثيل جوانين ، وميثيل ترانسفيراز ، وبوليميراز الحمض النووي III. ستقوم هذه الإنزيمات بالمسح بحثًا عن الأخطاء والأضرار قبل بدء انقسام الخلية (ما قبل التكرار) وبعد انقسام الخلية (ما بعد التكرار).

يمكن أن تكون الطفرة في منطقة الترميز (أي مناطق الحمض النووي حيث يتم تخزين تسلسل ترجمة البروتين) ضارة للخلية أو العضو أو الكائن الحي (الطفرة النقطية في القاعدة الثالثة من الكودون لا تسبب أي ضرر في العادة & # 8211 طفرة صامتة).

على سبيل المثال: & # 8211 فقر الدم المنجلي هو مرض تسببه طفرة نقطية.

من غير المرجح أن تسبب الطفرات في الحمض النووي غير المشفر أي ضرر ، على الرغم من أنه إذا كان موروثًا ، فقد يكون ضارًا إذا تسببت الطفرة في تنشيط الجينات الصامتة.

من المعروف أن طفرات الإدراج أو الحذف تؤدي إلى تغيير إطار القراءة (طفرات الإطارات) مما يؤدي إلى خلل في تخليق البروتين يسبب أمراضًا مميتة للإنسان.

على الرغم من أن معظم الطفرات ضارة ، إلا أن هناك بعض الطفرات المفيدة. على سبيل المثال ، معظم الأوروبيين يقاومون الإصابة بفيروس نقص المناعة البشرية بسبب طفرة نقطية حدثت أثناء التطور.


إعادة التركيب الجيني (مع رسم بياني) | البيولوجيا الجزيئية

دعونا نجري دراسة متعمقة لإعادة التركيب الجيني. بعد قراءة هذا المقال سوف تتعرف على: 1. إعادة التركيب البكتيري 2. هوليداي تقاطع النموذج 3. اثنان من تقاطعات Holliday 4. إنزيمات إعادة التركيب المتماثل و 5. دور بروتين Rec A في إعادة التركيب الجيني المتماثل.

مقدمة في إعادة التركيب الجيني:

يحدث إعادة تركيب الحمض النووي عن طريق الطفرات وتبادل خيوط الحمض النووي وإدماج الحمض النووي. في هذه العملية ، يتم إعادة ترتيب المعلومات الجينية بين الكروموسومات التي تمتلك تسلسلات مماثلة. يحدث إعادة التركيب الجيني المتماثل في حقيقيات النوى في وقت تكوين الأمشاج أثناء الطور الأول الطويل للانقسام الاختزالي.

يحتوي كل كروموسوم على كروماتيدات شقيقتين ، يحتوي كل منهما على DNA مزدوج. زوج الكروموسومات المتجانسة (أحدهما للأم والآخر من الأب) مع بعضهما البعض ، يُعرف الاقتران باسم المشابك وينطوي على الطول الكامل للكروموسومات المتجانسة.

يحدث إعادة التركيب عن طريق العبور. إنه ينطوي على تبادل متبادل لقطاعات الكروموسومات بين كروماتيدات غير شقيقة لزوج متماثل يتضمن الكسر ولم الشمل اللاحق في ترتيب جديد. يتم تشكيل Chiasma في موقع العبور. وتشارك الإنزيمات مثل الهليكازات والنويدات الداخلية والليغازات.

يتسبب إعادة التركيب الجيني في إعادة ترتيب الجينات لإنتاج أنماط وراثية جديدة تمامًا وأنماط ظاهرية. هذه تسبب الاختلافات التي تؤدي إلى التطور. في البشر ، يحدث حوالي 30 حدث إعادة تركيب متماثل خلال كل انقسام. تكون أحداث إعادة التركيب أكثر بكثير في البكتيريا وحتى في الفطريات.

قدمت دراسة الانقسام الاختزالي في نباتات الزنبق بواسطة هربرت ستيرن وياسو هوتا دليلاً قاطعًا على إعادة التركيب. تنقسم الخلايا Meiocytes من براعم زهرة الزنبق بشكل متزامن. كما تم اكتشاف وجود نوكلياز داخلي وبوليميراز DNA وليجاز وأنزيمات إصلاح أخرى في الطور الأولي.

تتم دراسة ميكانيكا المستوى الجزيئي للتبادل بالتفصيل في البكتيريا والعاقمات. في الوقت الحالي ، سنقتصر مناقشتنا على آلية إعادة التركيب حيث تتعرف خيوط الحمض النووي على بعضها البعض من خلال خيوط تكميلية تحدها أزواج قاعدية. في البكتيريا ، يحدث إعادة التركيب الجيني أثناء الاقتران ، والتحول ، وإصلاح ما بعد التكرار ، وأثناء إصلاح الشقوق المزدوجة في الحمض النووي ، وتكامل الحمض النووي للعاثية مع الحمض النووي الصبغي والترانسبوزونات وما إلى ذلك. يمكن أن يؤدي إعادة التركيب المتماثل إلى تحويل الجينات.

إعادة التركيب البكتيري:

البكتيريا أحادية العدد ، لذلك لا تخضع للانقسام الاختزالي. لديهم جزيء أو كروموسوم DNA مزدوج واحد فقط تقطعت بهم السبل. هناك عدة أنواع من إعادة التركيب الجيني في الكائنات الحية الدقيقة. إعادة التركيب الأكثر شيوعًا هي التبادل المتبادل بين تسلسلات الحمض النووي المتماثلة.

أثناء إعادة التركيب الجيني ، عادةً ما يتم نقل جزء فقط من المادة الجينية للخلية المانحة إلى خلية متلقية. الحمض النووي للخلية المتلقية وزوج المتبرع مع بعضهما البعض وتبادل خيوط الحمض النووي بشكل متبادل عن طريق العبور. هذا يؤدي إلى تكوين دستور جيني جديد للخلية المتلقية بشخصيات جديدة. الخلايا الوليدة اللاحقة التي تحتوي فقط على الكروموسوم المعاد تجميعه.

هناك الطرق الرئيسية التالية التي يتم من خلالها إعادة تركيب المادة الجينية في البكتيريا.

1. إعادة التركيب المتماثل:

يتحد الحمض النووي للخلية المانحة مع الحمض النووي المتلقي عن طريق التبادل المتبادل لخيوط الحمض النووي. جزيئات الحمض النووي المعاد تركيبها لها تسلسل متماثل. تتراصف جزيئات الحمض النووي أو تتزاوج مع بعضها البعض وتخضع للعبور وإعادة التركيب المتماثل. الحمض النووي المؤتلف له دستور جيني جديد.

يمكن للبكتيريا أن تكتسب الحمض النووي لأنواع بكتيرية أخرى وثيقة الصلة ويمكن أن تتحول. هذا هو المعروف باسم التحول. تم إثبات التحول لأول مرة بواسطة جريفيث في البكتيريا ذات الرئة المزدوجة لتأكيد الحمض النووي كمادة وراثية. يتم تحفيز إعادة التركيب المتماثل بواسطة بروتين rec A.

2. إعادة التركيب غير المتماثل:

كما أن إعادة التركيب بين أجزاء الحمض النووي التي لا تحتوي على مناطق متماثلة أمر شائع جدًا. هنا تتم إضافة أو إدخال تسلسل DNA صغير في DNA المستلم. يحدث بشكل رئيسي عن طريق قفز الجينات أو الينقولات. تقفز تسلسلات الحمض النووي المتنقلة هذه بانتظام إلى موقع جديد في أي مكان على الجينوم. غالبًا ما تتكرر العناصر القابلة للنقل لتوليد نسختين. تبقى نسخة واحدة في الموقع الأصلي بينما تقفز الأخرى إلى الموقع الهدف.

3. إعادة التركيب الخاصة بالموقع:

عندما تصيب العاثية λ (لامدا) بكتيريا الإشريكية القولونية ، يتم إدخال الحمض النووي للعاثة λ في الحمض النووي للبكتيريا. وبهذه الطريقة ، يتم دمج الحمض النووي للعاثية في الحمض النووي للمضيف ويصبح جزءًا من الكروموسوم المضيف. تسمى البكتيريا التي تحتوي على مجموعة كاملة من DNA phage lysogen. يتم إدخال DNA Phage في موقع معين في DNA المضيف.

يمتلك موقع التعلق لكلا الحمضين النوويين تسلسلًا متطابقًا من 15 زوجًا أساسيًا. يحفز البروتين المشفر بالعاثية المسمى Integrase التكامل. ويشارك أيضًا بروتين مضيف يسمى عامل مضيف التكامل (IGF). Integrase هو إنزيم topoisomerase الذي يكسر ، يدور ، ثم ينضم مرة أخرى إلى خيوط كلا الجزيئين. ينتج عن إعادة التركيب الخاص بالموقع في حقيقيات النوى تنوعًا في الأجسام المضادة.

نموذج تقاطع هوليداي:

تم اقتراح نماذج مختلفة لشرح إعادة التركيب الجيني المتماثل بناءً على الملاحظة الجينية في البكتيريا والفطريات. من المعروف الآن أن قدرًا من تخليق الحمض النووي يحدث أيضًا أثناء إعادة التركيب. يوجد تكرار الحمض النووي وإنزيمات الإصلاح في وقت إعادة التركيب الجيني.

في عام 1964 ، اقترح روبن هوليداي نموذجًا لشرح العملية الجزيئية المتضمنة أثناء تبادل الحمض النووي بين جزيئين متماثلين من الحمض النووي المزدوج المتقطع.

الخطوات الرئيسية لهذا النموذج هي كما يلي:

بادئ ذي بدء ، يحدث الاقتران أو المحاذاة أو المشابك بين اثنين من مضاعفات الحمض النووي المتماثل. تسلسلها هي مسافة بادئة تمامًا باستثناء أنها قد تحتوي على مناطق صغيرة من جينات مختلفة تسمى الأليلات.

ثم تحدث الانكسارات أو النتوءات في مواقع متطابقة في خيط DNA واحد لكلا دنا مزدوج متماثل بدقة في نفس النقطة. ثم تغزو الأطراف المكسورة للخيوط الخيوط التكميلية المعاكسة لتخلق مناطق مضاعفة مضاعفة قصيرة (بسبب الأليلات المختلفة). هذه العملية تسمى غزو حبلا. يسمى هذا الهيكل المتقاطع الذي تم تشكيله باسم تقاطع العطلات.

يتحرك تقاطع هوليداي في الاتجاه الجانبي. خلال هذه العملية ، يتم تبادل خيط DNA بشكل تدريجي مع خيط DNA للحلزون الآخر. تسمى هذه الهجرة الجانبية لتقاطع هوليداي هجرة الفرع. تتكسر أزواج القاعدة الأصلية في جزيئات الوالدين وتتشكل أزواج قاعدية جديدة في خيوط معاد تجميعها.

إذا كان لدى اثنين من moelcuels أليلات بديلة ، A / a و B / b و C / c ، فإن تبادل خيوط DNA أثناء هجرة الفرع ينتج مناطق حبلا مزدوجة غير متطابقة. تسمى هذه غير متطابقة regiouses heteroduplexes. أثناء ترحيل الفرع ، يتم استطالة منطقة مضاعفات التباين.

يؤدي الكسر ولم الشمل اللاحق إلى تكوين جزيء المفصل هذا المكون من أربعة خيوط متشابكة من الحمض النووي.

السمة الرئيسية لتقاطع Holliday هي الانقسام أو القطع عبر نقطة التقاطع التي تحل أو تفصل الجزيئات المعاد تجميعها. لفضح موقعين مقطوعين ، يتم تدوير تقاطع Holliday بمقدار 180 درجة لتشكيل هيكل مستو متسلسل. يتم حل تقاطع Holliday عن طريق قطع خيوط الحمض النووي في موقع التقاطع وإعادة الانضمام إليها.

يتم حل المشكلة بإحدى الطريقتين. يؤدي هذا إلى ظهور فئتين من منتجات الحمض النووي. يشق موقع القطع 1 الخيطين اللذين تم كسرهما في البداية في بداية عملية إعادة التركيب (يتم قطع الخيوط الغازية). ينتج الاستبانة جزيئين غير مترابطين حيث حدث تبادل للأليلات فقط في المنطقة الوسطى من الازدواج B / b و b / B. وهكذا يتم تشكيل رقعة من الحمض النووي الهجين. تُعرف هذه الجزيئات بمنتجات التصحيح.

ينشق الموقع المقطوع 2 (يتم قطع خيوط غير غازية) ويعيد الانضمام إلى جهازي مزدوج بطريقة يتم فيها تبادل الجينات المرافقة أو المحيطية. هنا يتم إعادة اتحاد الحمض النووي بشكل متبادل. يحدث العبور بين الجينات A و C.

إعادة تركيب تبادل حبلا واحد:

وفقًا لـ Mesclson و Radding ، فإن كسر حبلا واحد في أحد جزيئي الحمض النووي المتماثل أمر شائع جدًا.

تغزو النهاية الحرة للخيط المكسور اللولب المزدوج غير المنقطع وتزيح خصلة واحدة. Rec A بروتين لديه القدرة على سحب خيط واحد وإزاحته. يعمل Exonuplease على تحطيم حلقة الحمض النووي المفردة النازحة. يعمل الخيط غير المنكسر للجزيء الأول كقالب لتجميع الخيط الجديد.

تقاطعان هوليداي:

تحدث الفواصل المزدوجة التي تقطعت بهم السبل في كلا خيوط جزيء DNA واحد بشكل متكرر. أثناء إصلاح الحمض النووي للفواصل المزدوجة التي تقطعت بها السبل ، يحدث إعادة التركيب المتماثل & # 8217s. يسمى هذا النوع من إعادة التركيب الجيني بآلية إصلاح الكسر المزدوج الذي تقطعت به السبل. قد تكون هذه الأنواع من الفواصل ناتجة عن الإشعاعات المؤينة والعوامل الضارة المختلفة.

انحطاط الخيوط المكسورة وتوليد ذيول خصلة مفردة (ذيول ss) مع 3 تميل.

تعمل الإنزيمات Rec BCD على زيادة تدهور خيوط الحمض النووي المكسورة. تقوم بتوليد ذيول مفردة مجدولة بنهايات 3 & # 8242. يغزو طرف واحد 3 & # 8242 جزيء الحمض النووي المتماثل الآخر غير المنكسر ، مما يؤدي إلى إزاحة أحد الخيوط. يعمل الطرف الغازي 3 & # 8242 كأساس لتخليق الحمض النووي الجديد. يعمل الخيط النازح كقالب لملء الفراغ المتبقي في الحمض النووي الأول. في حالة وجود أليلات مختلفة في موقع الكسر ، فإنها تفقد بشكل دائم لأن التجديد يتضمن الحمض النووي المتماثل كقالب يحتوي على أليلات مختلفة. تسمى هذه العملية التحويل الجيني لأن جينات الشريط المكسور يتم استبدالها بجينات الحمض النووي المتماثل.

في إصلاح كسر حبلا مزدوج ، يتم إنشاء تقاطعات Holliday. تتحرك تقاطعات Holliday هذه بشكل جانبي عن طريق هجرة الفروع ويحل الانقسام ويفصل جزيئي الحمض النووي الذي يشكل تقاطعًا وبنية غير متقاطعة. هذا مشابه للقرار في تقاطع Holliday الفردي.

إنزيمات إعادة التركيب المتماثل:

هناك بروتينات مختلفة تحفز خطوات مختلفة في عملية التماثل إعادة التركيب في الإشريكية القولونية.

يتم تحميل الإنزيمات Rec BCD على أحد طرفي الحمض النووي للكسر المزدوج الذي تقطعت به السبل والتحرك على طول الحمض النووي. (إعادة التركيب). في هذه العملية ، يقوم بفك الحمض النووي (نشاط حلزوني) ويحلل أحد خيوط الحمض النووي أو كليهما (نشاط نوكلياز). Rec BCD هو إنزيم نوكلياز داخلي.

يتم ترميزه بواسطة ثلاثة جينات ، Rec B و Rec C و Rec D. يواصل Rec BCD نشاطه المهين حتى يصل إلى موقع chi (٪). في هذه المرحلة ، يتم إيقاف أنشطة Rec BCD. يحتوي موقع تشي على ثمانية نيوكليوتيدات. 5 & ​​# 8242 GCTGGTGG 3 & # 8242. تعزز مواقع تشي إعادة التركيب.

يتم تغليف ذيول الحمض النووي المفردة الناتجة عن إنزيمات BCD بواسطة إنزيم Rec A. يحفز Rec A الاقتران أو الملخص بين جزيئين متماثلين من الحمض النووي Rec A أيضًا يعزز غزو الخيوط ، مما يؤدي إلى إزاحة خيط واحد من جزيء DNA غير المنكسر وتشكيل D- loop. يغزو الخيط النازح جزيء الحمض النووي المكسور. يتم تصنيع الأجزاء المفقودة من خيوط الحمض النووي باستخدام حبلا متماثل كقالب ويتم سد الثغرات بواسطة إنزيم ligase.

تتعرف إنزيمات Ruv AB على تقاطع Holliday وترتبط به وتقوم بترحيل الفرع. يقطع إنزيم Ruv C خيوط الحمض النووي عند تقاطع Holliday ويسبب انفصال وحل تقاطع Holliday.

تحدث العمليات البيولوجية المختلفة مثل التكرار وإعادة التركيب والإصلاح بطريقة مشتركة ومنسقة. وبهذه الطريقة يمكن تصنيع الحمض النووي الجديد وإصلاح الحمض النووي التالف وإعادة التركيب الجيني. يمكن استبدال متواليات النوكليوتيدات من خلال مضاعفات مضاعفات غير متجانسة وتحويل الجينات.

دور بروتين Rec A في إعادة التركيب الجيني المتماثل:

في مختلف نماذج إعادة التركيب الجيني المتماثل ، تتشابه السمات المركزية في جميع نماذج إعادة التركيب.

وتشمل هذه الكسور أو النكات في جزيئات الحمض النووي. المحاذاة أو الاقتران أو المشابك لتسلسل متماثل لجزيئين مختلفين من الحمض النووي. تشكيل بنية كروس أو تقاطع هوليداي حيث يخلق خيط DNA من كل جزيء مناطق قصيرة من DNA heteroduplux. تمديد الحمض النووي متغاير التضاعف ، والذي يسمى الهجرة المتفرعة ، وأخيرًا ، تحليل الوصلة المتقاطعة لإنتاج المنتجات النهائية.

هذه عملية معقدة للغاية تنطوي على عمل العديد من الإنزيمات المختلفة. يتم تنفيذ الحدث الأول لإنشاء فواصل أو فواصل في خيوط الحمض النووي والحدث الأخير للقرار بواسطة إنزيمات مختلفة مثل هيليكاز ، نوكلياز ، وليجاسيس.

لكن الحدث الذي يبدأ من إقران جزيئات الحمض النووي ، وتشكيل هجرة فرع تقاطع هوليداي هي السمات المركزية في عملية إعادة التركيب. يتم تنفيذ هذه الأحداث بواسطة بروتين خاص يسمى بروتين Rec A. Rec يشارك البروتين في الاقتران وتبادل الخيوط وترحيل الفروع. ومن المعروف أيضا باسم بروتين تبادل حبلا.

يلعب البروتين Rec A دورًا رئيسيًا في إعادة التركيب المتماثل. إنه بروتين خاص فئة متميزة تمامًا من الإنزيمات.

Rec يرتبط البروتين بسرعة بالحمض النووي المفرد الذي تقطعت به السبل على طول العمود الفقري للفوسفات في حلزون الحمض النووي. يتم تغطية الحمض النووي بالكامل بواسطة بروتين Rec A. إلى جانب rec A ، يشارك أيضًا بروتين ثانٍ يسمى بروتين ربط الشريط المفرد (بروتين SSB). يحتوي كل جزيء Rec A على 352 حمض أميني. هناك واحد rec A monomer كل 3-4 نيوكليوتيدات من DNA.

بعد ذلك ، يتم محاذاة ssDNA على الوجهين مع تسلسل متماثل لجزيء DNA الآخر. عدة خطوات تحدث في هذه العملية. يحدث نوعان من التفاعلات المتماثلة. الأول هو تكوين مفاصل بارانيميا في خيوط متجانسة متجانسة. يتضمن التفاعل الثاني في النهاية تكوين مفاصل بلاكتونيميك.

Rec A البروتين هو ATPase معتمد على الحمض النووي. التحلل المائي ATP مطلوب لترحيل الفروع ، حيث يتم استبدال الخيوط ويحدث تبادل الخيوط. يعرض القطبية مع استمرار ترحيل الفرع في اتجاه 5 & # 8242 - & GT 3 & # 8242 فقط.

تبادل خيوط الحمض النووي:

دور تبادل الخيوط في إصلاح ما بعد النسخ المتماثل بارز جدًا في الإشريكية القولونية. يلعب تبادل الحبلا دورًا بارزًا جدًا في إصلاح تلف الحمض النووي. نظرًا لأن شوكة النسخ المتقدمة تأتي عبر منطقة إصابة أو موقع تالف مثل ثايمين الثايمين ، يتم تجاوزها أثناء عملية النسخ المتماثل. قد يتم شق البروتين التالف والذي قد يكون قاتلاً.

يتطلب إصلاح هذه الآفة تحويل هذا الحمض النووي إلى DNA مزدوج الشريطة ويتم تحقيق ذلك عن طريق البروتين A. Rec A البروتين يلعب دوره في استرداد جزء من الخيط التكميلي من الجانب الآخر من شوكة النسخ المتماثل لملء الفجوة. يتضمن هذا ترحيل الفرع بواسطة بروتين Rec A. هذا يثبت أن ترحيل الفرع هو نشاط أساسي للخلية.


يحدد رسم خرائط الكروموسومات مواقع الطفرات على كروموسومات معينة

إن توطين طفرة لكروموسوم معين هو الخطوة الأولى في رسم الخرائط الجينية لجين محدد بالطفرة. مثال بسيط يتضمن طفرات متنحية على الكروموسوم X في ذبابة الفاكهة. (في ذباب الفاكهة ، كما هو الحال في البشر ، يكون الذكور من النمط الجيني XY والإناث XX) المتنحية المرتبطة بـ X تظهر الطفرات بشكل مميز مرتبط بالجنس نمط الفصل في تقاطعات مختلفة (الشكل 8-16). الذكور الطافرة التي تتزاوج مع إناث عادية متماثلة الزيجوت لا تنتج ذرية متأثرة بالنمط الظاهري. إذا كانت الأنثى متماثلة اللواقح للطفرة ، فسيكون لدى جميع الأبناء النمط الظاهري المتحور وستكون جميع البنات متغايرة الزيجوت وبالتالي لن تتأثر. إذا كانت الإناث متغايرة الزيجوت ، فهي طبيعية المظهر ، لكنها تعمل ناقلات ، نقل أليل متحور إلى 50 في المائة من ذريتهم الذكور. وبالتالي فإن أي طفرة متنحية لوحظت فيها أنماط الفصل المرتبطة بالجنس يمكن تعيينها على الكروموسوم X.

الشكل 8-16

نمط الفصل الفريد للسمات المتنحية المرتبطة بـ X. في هذا المثال ، يظهر الفصل بين الكروموسومات X الطافرة (الأصفر) والكروموسومات X من النوع البري (الأزرق). إن ملاحظة نمط الفصل هذا لسمات النمط الظاهري الطافرة ترسم الجين المتأثر (المزيد.)

تُظهر الأمراض الوراثية البشرية عدة أنماط وراثية اعتمادًا على طبيعة الطفرات التي تسببها. على سبيل المثال ، الحثل العضلي الدوشيني (DMD) ، وهو مرض تنكسي للعضلات يصيب الذكور على وجه التحديد ، ينتج عن طفرة متنحية في الكروموسوم X. يعرض هذا mu-tation المهم سريريًا نمط الفصل النموذجي المرتبط بالجنس (الشكل 8-17 أ).

الشكل 8-17

أنماط الفصل لثلاثة أمراض وراثية بشرية. يشار إلى الكروموسومات من النوع البري بعلامة الجمع العلوية. (أ) يحدث الحثل العضلي الدوشيني بسبب طفرة متنحية في جين DMD على الكروموسوم X ، والذي يُظهر الفصل النموذجي المرتبط بالجنس (المزيد).

على عكس DMD ، ينتج التليف الكيسي من طفرة متنحية في جسيم جسمي. مثل صفة متنحية تظهر الطفرات نمط فصل مختلف تمامًا. أولاً ، يمكن أن يصاب كل من الذكور والإناث بالتليف الكيسي. ثانيًا ، يجب أن يكون كلا الوالدين حاملين متغاير الزيجوت لطفرة CFTR الأليل حتى يتعرض أطفالهم لخطر الإصابة بالمرض. كل طفل من أبوين متغاير الزيجوت لديه فرصة بنسبة 25 في المائة لتلقي كلا الطفرات CFTR الأليلات وبالتالي تتأثر فرصة بنسبة 50 في المائة لتلقي أليل طبيعي واحد وأليل متحور واحد وبالتالي تكون حاملة ، وفرصة بنسبة 25 في المائة لتلقي أليلين طبيعيين (الشكل 8-17 ب).

العامل الوراثي المسيطر ترتبط الطفرات بنمط الفصل الثالث. مرض هنتنغتون و # x02019s ، وهو مرض تنكسي عصبي يصيب عمومًا في منتصف العمر إلى أواخره ، ناتج عن هذا النوع من الطفرات. إذا كان أحد الوالدين يحمل طفرة عالية الدقة الأليل ، كل من أطفاله (بغض النظر عن الجنس) لديه فرصة بنسبة 50 في المائة لوراثة الأليل الطافر والتأثر (الشكل 8-17 ج).

يعد تخطيط الجين لجسم جسدي معين أكثر تعقيدًا من الجينات المرتبطة بـ X. بمجرد تعيين طفرة لكروموسوم معين ، يمكن استخدامها كعلامة لتحديد الطفرات الأخرى الموجودة على ذلك الكروموسوم. عند البشر ، تعمل الاختلافات الصغيرة ، أو الأشكال المتعددة ، في تسلسل الحمض النووي بين الأفراد كواسمات جزيئية.


8.4: مزايا إعادة التركيب الجيني

  • بمساهمة روس هارديسون
  • T.Ming Chu أستاذ (الكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية) في جامعة ولاية بنسلفانيا

ليس فقط إعادة التركيب ضروريًا للاقتران المتماثل أثناء الانقسام الاختزالي ، ولكن إعادة التركيب له على الأقل فائدتان إضافيتان للأنواع الجنسية. إنه يصنع توليفات جديدة من الأليلات على طول الكروموسومات ، ويحد من آثار الطفرات إلى حد كبير في المنطقة المحيطة بالجين ، وليس الكروموسوم بأكمله.

نظرًا لأن كل كروموسوم يخضع لحدث إعادة تركيب واحد على الأقل أثناء الانقسام الاختزالي ، يتم إنشاء مجموعات جديدة من الأليلات. لا يتم الحفاظ على ترتيب الأليلات الموروثة من كل والد ، ولكن الخلايا الجرثومية الجديدة تحمل كروموسومات مع توليفات جديدة من أليلات الجينات (الشكل 8.4). هذا المزج لمجموعات الأليلات هو مصدر غني للتنوع بين السكان.

الشكل 8.4. ينتج عن إعادة التركيب أثناء الانقسام الاختزالي توليفات جديدة من الأليلات في النسل. يتم توضيح زوج واحد متماثل من الكروموسومات ، بدءًا من المرحلة & ldquofour-strand & rdquo. كل سطر عبارة عن جزيء DNA مزدوج في كروماتيد. الكروموسومات الموجودة في الأب (الموروثة من أجداد الأب) زرقاء وخضراء ، والكروموسومات المتماثلة في الأم (الموروثة من أجداد الأم) هي البني والوردي. تحتوي جميع الكروموسومات على جينات A و B و C تشير الأرقام المختلفة إلى أليلات مختلفة. في هذا الرسم التوضيحي ، يربط تقاطع على الذراع القصيرة للكروموسوم أثناء تطور الخلايا الجرثومية الذكرية الأليل 4 من الجين C مع الأليلات 1 من الجين A والأليل 2 للجين B ، بالإضافة إلى الترتيب المتبادل. تم توضيح تقاطع على الذراع الطويلة للكروموسوم لتطوير الخلية الجرثومية الأنثوية ، مما يجعل التركيبة الجديدة A3 و B3 و C1. يمكن أن يحصل الطفل على الكروموسومات الجديدة A1B2C4 و A3B3C1. لاحظ أن أيًا من هذه التركيبات لم يكن في الأب أو الأم.

بمرور الوقت ، ستفصل إعادة التركيب الأليلات في موضع واحد عن الأليلات في موضع مرتبط. الكروموسوم عبر الأجيال ليس ثابتًا ، بل هو & quotfluid & quot ؛ يحتوي على العديد من التوليفات المختلفة من الأليلات. هذا يسمح بإزالة الأليلات غير الوظيفية (الأقل وظيفية) من السكان. إذا لم يحدث إعادة التركيب ، فإن أليلًا ضارًا متحورًا سيؤدي إلى القضاء على كروموسوم كامل من السكان. ومع ذلك ، مع إعادة التركيب ، يمكن فصل الأليل الطافر عن الجينات الأخرى على ذلك الكروموسوم. ثم يمكن للاختيار السلبي أن يزيل الأليلات المعيبة لجين ما من مجموعة سكانية بينما يؤثر على تواتر الأليلات فقط للجينات المرتبطة ارتباطًا وثيقًا بالجين الطافر. على العكس من ذلك ، يمكن اختبار الأليلات المفيدة النادرة للجينات في مجموعة سكانية دون أن تكون مرتبطة بشكل لا رجعة فيه بأي أليلات متحولة ضارة محتملة للجينات القريبة. هذا يحافظ على الحجم المستهدف الفعال للطفرة قريبًا من حجم الجين ، وليس الكروموسوم بأكمله.


إعادة التركيب الجيني والطفرة - علم الأحياء

يسمح التكاثر الجنسي للمعلومات الجينية للوالدين بإعادة الاتحاد لتشكيل فرد جديد.
تتمثل إحدى الميزات الرائعة ، من وجهة نظر بيولوجيا السكان ، في أن التكاثر الجنسي ينتج قدرًا كبيرًا من الاختلاف الجيني من خلال خلط كل من الطفرات المفيدة والضارة.
يتطلب التكاثر الجنسي مضاعفة الصبغيات (حالة وجود مجموعتين من الكروموسومات) مع مجموعة من الكروموسومات من كل والد مما يسمح بمرونة وراثية أكبر من الصبغيات الفردية.
قد تكون الخلايا ثنائية الصبغة إما متماثلة اللواقح أو متغايرة الزيجوت لأي جين معين.
ومع ذلك ، فإن الأمشاج (الحيوانات المنوية والبويضات) هي خلايا أحادية العدد متخصصة ينتجها الانقسام الاختزالي.
دورات حياة الكائنات الجنسية لها مراحل ثنائية الصبغية وحيدة الصيغة الصبغية.
تقضي بعض الفطريات معظم حياتها على أنها أحادية العدد (1n) وتصبح ثنائية الصبغة (2n) فقط لإنتاج الأمشاج.
يجب أن تخضع الأمشاج أحادية الصيغة الصبغية لشكل متخصص من انقسام الخلية يُعرف باسم الانقسام الاختزالي ، وهي عملية تقسم الخلية ثنائية الصبغة إلى أربع خلايا أحادية الصيغة الصبغية.

الانقسام الاختزالي

يتم إنتاج الحيوانات المنوية والبويضات من خلال عمليتين رئيسيتين 1) الانقسام الاختزالي و 2) تمايز الخلايا المتخصصة.
يختلف تكوين الجاميطات بشكل كبير بين تكوين الحيوانات المنوية وتكوين البويضات.
يحول تكوين الحيوانات المنوية الخلايا المنوية إلى أربعة أذرع منوية.
أثناء تكوين البويضات ، ينتج الانقسام غير المتماثل للخلايا خلية واحدة كبيرة وثلاث خلايا صغيرة تتحلل إلى ثلاثة أجسام قطبية.

ينتج الانقسام الاختزالي تنوعًا جينيًا عن طريق إعادة اتحاد المكمل الجيني للخلية ثنائية الصبغة لتوليد مشيج أحادي العدد.
هذا التنوع يعتمد على الفصل وتشكيلة من الأليلات.
الأهم من ذلك ، يمكن أن تحمل الكائنات ثنائية الصبغيات أليلات متنحية من الجينات التي يمكن إخفاءها تمامًا بواسطة الأليل الآخر (النوع البري عادةً).
في منتصف القرن التاسع عشر الميلادي ، صاغ جريجور مندل "قوانين الميراث" من تجاربه الشهيرة البازلاء.
يضمن "قانون الفصل" لمندل أن تنفصل أليلات كل جين عن بعضها البعض أثناء تكوين الأمشاج.
يقترح "قانون التشكيلة المستقلة" (الأكثر إثارة للجدل) الذي وضعه مندل أن أليلات كل جين منفصلة عن الجينات الأخرى.

يوفر السلوك الكروموسومي دعمًا قويًا لقوانين الفصل والتشكيلة المستقلة.
بعد كل شيء ، فإن تسلسلات الحمض النووي المعروفة للكروموسومات المتجانسة هي نفسها بشكل أساسي.
استندت نظرية الكروموسومات في الوراثة (ساتون ، أوائل القرن العشرين) إلى خمس نقاط:
1) تحتوي النوى على مجموعتين من الكروموسومات المتجانسة (1 أمومية و 1 أبوية).
2) الكروموسوم يحتفظ بالهوية ومستمر وراثيا خلال دورة الحياة.
3) مجموعتا الكروموسومات المتجانسة متكافئتان وظيفيا.
4) تتشابك الكروموسومات المتجانسة للأم والأب أثناء الانقسام الاختزالي ثم تنتقل إلى أقطاب متقابلة.
5) تفصل الكروموسومات المتجانسة للأم عن الأب بشكل مستقل.

إعادة التركيب الجيني

خمسة أمثلة للتبادل الجيني بين جزيئات الحمض النووي المتماثلة تتضمن إعادة التركيب المتماثل
1) الطور الأول للانقسام الاختزالي (تكوين الأمشاج)
2) العدوى المصاحبة للبكتيريا ذات الصلة بالعاثيات
3) تحول البكتيريا (DNA)
4) نقل البكتيريا (تحويل العاثيات)
5) الاقتران البكتيري

يعتمد إعادة التركيب المتماثل على الكسر المتحكم به وتبادل الحمض النووي الذي تم إثباته من خلال التجارب.
1) أظهرت العدوى المشتركة للبكتيريا مع العاثية المسمى تبادل الحمض النووي (lable).
2) كشف تصنيف الكروموسومات حقيقية النواة أن الكروموسومات ما بعد الانقسام الاختزالي تتكون من خليط من الكروموسومات الأبوية وترتبط جيدًا بمعدلات إعادة التركيب الجيني للجينات المعروفة على الكروموسوم.

نموذج هوليداي للتأليف المتماثلن
يوضح النموذج الحالي لآلية تبادل الحمض النووي بين اثنين من الكروموسومات المتجانسة تحويل الجينات وإعادة التركيب الجيني.
1) يخضع جزيء DNA مزدوج الشريطة لكسر أحادي السلسلة.
2) The single-stranded DNA invades the complementary region of the double-stranded homologue.
3) DNA repair (DNA synthesis) of the dsDNA using the invading ssDNA as template begins.
4) Reciprocal invasion results in the formation of the "double crossover" or Holliday Junction.
5) Branch migration (movement of the crossover structure) is the result of DNA unwinding and rewinding.
6) Resolution of the Holliday Junction will result in either a cross over event or gene conversion (without a cross over) event.

The synaptonemal complex develops only when single-stranded DNA successfully carries out the process of "homology searching" to facilitate the exchange process.

Recombinant DNA Technology (review)

Recombinant DNA molecules are produced by .
1) cleaving DNA from two different sources with restriction endonucleases (restriction enzymes),
2) mixing the fragments together to allow the ends of the fragments to interact and
3) linking the fragments with DNA ligase.

The cloning of specific DNA fragments usually involve:
1) Insertion of DNA into a vector (a recombinant vector)
2) Introduction of recombinant vector into cells (usually بكتريا قولونية)
3) Amplification of recombinant vector in the cells
4) Selection of cells that carry the recombinant vector.
5) Identification of correct recombinant clone.

Often a "shotgun" approach is used to produce clones.
This means that instead of starting with a known specific fragment of DNA, "all" the DNA from a source (as relatively random pieces is cloned into a vector) to result in a library of clones.
If the source of the DNA is the genome of an organism, then the library is refered to as a genomic library.

To examine the expressed genes of an organism, the mRNA can be "converted" into a complementary DNA (cDNA) library through the use of the enzyme reverse transcriptase.
cDNA is made by annealing poly-T primers to the poly-A tails of isolated mRNA and synthesizing ssDNA from the mRNA template with reverse transciptase.
The RNA is hydrolysed and a DNA polyermerase generates the second strand to make dsDNA.
The cDNA is then inserted into a vector and propagated as above.
As the techniques improve, larger segments of DNA can be cloned as a continuous piece in specialized vectors such as cosmids and Yeast Artificial Chromosomes (YACs).

مزايا:
1) Recombinant technology allows us to produce large amounts of medically important proteins including insulin (diabetes), blood clotting factors (hemophilia), growth hormone (dwarfism), tissue plasminogen activator (treating blood clots), plus much more.
2) Genetic engineering of plant crops depends upon the Ti plasmid to integrate a DNA fragment of interest into the plant cell's chromosomal DNA.
With propagation the recombinant T DNA becomes stably incorporated into the genome of every cell of the plant.
3) To model human diseases, mice that have specific genes inactivated (knock-out mice) are produced through recombination in embryonic stem cells followed by generation of chimeric transgenic mice.
4) Gene therapy, when a patient whose disease is caused by defective copies of a gene is treated with a functional copy of that gene.
One mechanism employed to carry out gene therapy is to first remove certain cells from a patient, introduce the gene في المختبر then return the cells to the patient.
The application of genetic recombination science may provide the basis for many significant advances in science.


إعادة التركيب

This involves shuffling the genes and is the reason that children resemble their parents very closely but are not exactly like either one. The discovery of the principles of recombination was Gregor Mendel's great contribution to the science of genetics. Mendel showed that while traits might be hidden for a generation they were not usually lost, and when new traits appeared it was because their genetic factors had been there all along. Recombination makes it possible for there to be limited variation within the created kinds. But it is limited because virtually all of the variations are produced by a reshuffling of the genes that are already there.

For example, from 1800, plant breeders sought to increase the sugar content of the sugar beet. And they were very successful. Over some 75 years of selective breeding it was possible to increase the sugar content from 6% to 17%. But there the improvement stopped, and further selection did not increase the sugar content. لماذا ا؟ Because all of the genes for sugar production had been gathered into a single variety and no further increase was possible.

Among the creatures Darwin observed on the Galapagos islands were a group of land birds, the finches. In this single group, we can see wide variation in appearance and in life-style. Darwin provided what I believe to be an essentially correct interpretation of how the finches came to be the way they are. A few individuals were probably blown to the islands from the South American mainland, and today's finches are descendants of those pioneers. However, while Darwin saw the finches as an example of evolution, we can now recognize them merely as the result of recombination within a single created kind. The pioneer finches brought with them enough genetic variability to be sorted out into the varieties we see today.2


Recombinations: Transformation, Transduction and Conjugation.

إعادة التركيب is the transfer of genetic material from donor to the recipient cell or from one to another replicon. Recombinations provide the regular exchange of genetic information between bacterial cells.

Recombinant bacteria acquire the genetic properties of both parental cells: the basic number of the recipient’s genes and a small amount of genes from donor.

The Molecular Mechanisms of Recombination

Donor DNA interacts with the recipient DNA to become integrated into genome of the recipient cell. This requires genes and proteins with specific functions that govern recombination.

RесА, recВ, reсС, recD genes encode the synthesis of specific enzymes (recombinases RecA, RecBCD) that promote recombination processes.

RecА is the multifunctional protein that is activated after DNA binding. It acts as DNA-helicase (unwinds DNA double helix) and destroys several repressors, which block recombination. It catalyzes DNA cross-structure rearrangement.

RecA mutations lower recombination incidence for more than 1000 times.

RecBCD nuclease, encoded by recВ, reсС, recD genes, splits one DNA strand, allowing RecA binding. Also it accomplishes recombination by final cut of heteroduplex DNA cross-structure.

Recombination is based on the exchange of two complementary fragments between parental DNA molecules of donor and recipient cells. It includes incorporation or a donor DNA sequence into recipient one with the parallel transfer of the homologous recipient sequence backward into the donor DNA molecule. The fragment of DNA containing the complementary strands both from donor and recipient is termed as DNA heteroduplex.

At first, both of parental duplex DNA chains become unwound. Then they interact by their complementary DNA fragments, forming transition cross-like structure (so-called Holliday junction). The hydrogen bonds, maintaining DNA conformation, break in both parental molecules but lock again between primary and newly coming complementary DNA. ال heteroduplex DNA fragment is formed, which carries the genetic sequences from donor and recipient DNA molecules.

Recombinases maintain the proper orientation and then split the complex of cross-reacting donor-recipient DNA strands.

Finally, DNA lygase links the free ends of phosphate backbone of recombinant DNAs thus restoring strands integrity.

Genetic recombinations in bacteria occur as the result of تحويل, التوضيح، و اقتران.

تحويل is the direct uptake of donor’s DNA by the recipient cell.

F. Griffith discovered the process of transformation in 1928. He studied the experimental infection of mice triggered by the injection of the bacterial mixture, composed of a live decapsulated non-pathogenic type II Streptococcus pneumoniae and pathogenic capsulated type III S. pneumoniae, previously inactivated by heat. As the result, infected mice died due to septicemia caused by the virulent infection. F. Griffith found that type II S. pneumoniae acquired virulent properties being able to produce the capsule essential for S. pneumoniae type III. F. Griffith supposed that bacterial capsular polysaccharides were responsible for transformation.

In 1944 O. Avery, С. McLeod, and M. McCarthy revised the experiment of F. Griffith. They isolated transformational substance of high viscosity, resistant to proteases but sensitive to DNAse. It induced the transition of any type of pneumococci to type III S. pneumoniae. The substance was confirmed to be desoxyribonucleic acid. The scientists were the first who proved DNA transforming activity and demonstrated the role of DNA as a possible substance of heredity.

In nature the bacteria become able to capture the relatively large molecules of DNA only under special living conditions. These bacterial cells were designated as competent. Natural occurrence of this state is seldom among the bacteria. Some of them can undergo transformation only under the influence of competence factors, produced at a certain point of bacterial growth. This is followed by the marked changes of bacterial phenotype including the increased permeability of bacterial cell wall for nucleic acids and the expression of protein receptors on the membrane for DNA uptake.

The production of competence factors is not common among the bacteria therefore, many bacterial species are poorly transformed.

Essentially competent bacteria can be found in different bacterial genera or species. Among them are Streptococcus pneumoniae, Neisseria gonorrhoeae, Hemophilus influenzae, Bacillus subtilis and others.

Many bacteria can be stimulated for transformation by external stimuli (temperature stress or calcium chloride exposure).

Electroporation is an artificial method to induce transformation of bacteria. Free DNA is added to bacterial cells and the electric current is applied. The electric current increases the permeability of the bacterial envelope (cytoplasmic membrane and cell wall) thus facilitating DNA uptake. Once appeared in the cytoplasm, DNA becomes incorporated into the recipient chromosome as the result of the homologous recombination.

التوضيح is bacteriophage-stimulated genetic recombination in bacteria.

التوضيح phenomenon was first described by N. Cinder and J. Lederberg in 1952. Bacteriophages as the specific viruses of bacteria were demonstrated to deliver genes from donor to the recipient bacterial cells. Phage genome may harbor genes encoding the resistance to antimicrobial agents, virulence factor synthesis (e.g., exotoxin and adhesin expression), flagella and pili formation, production of enzymes, etc.

The donor bacteria, the temperate phage, and recipient bacteria are the participants of the transduction process.

Three types of transduction have been revealed: جنرال لواء transduction, محدد transduction and abortive.

As the result of جنرال لواء transduction the transfer of any bacterial gene may happen. The frequency of this rare genetic event is about of 10-4-10-7 per single phage particle. The incidence of general transduction can be arisen by pre-treatment of the phage with UV-light or other activators.

محدد transduction is performed by the temperate phage particles. They are generated after the excision of DNA sequence of the temperate phage from the nucleoid of bacterial lysogenic cells. It should be noted that lyzogenic bacteria have the genome with integrated DNA of temperate bacteriophage. When liberated from the nucleoid, phage DNA is further incorporated into capsids of nascent phage particles.

In case of specific transduction only definite gene clusters can be transduced (e.g., galactosidase locus, controlling the utilization of lactose in E. coli). After occasional non-proper excision, temperate bacteriophages can capture the bacterial genes flanking phage nucleic acid sequence. In that case the phage becomes defective but enables to transfer different host bacterial genes to other susceptible bacteria.

مجهض transduction occurs, when the genetic material delivered by the phage is not included into the genome of the recipient. It retains in the cytoplasm of the recipient cell. After the next cell division DNA of the phage remains non-replicated and stays only in one of the progeny cell, the second cell is free of phage DNA. Thus the phage genes become lost for the next bacterial generations. Abortive transduction is considered to be about 10 times more frequent event, than transduction types with integration of phage nucleic acid.

Transduction occurs between the bacteria of the same or different microbial species. Interspecies transduction has the evident biological value. Here bacteriophages enhance the diversity of living systems, thereby accelerating microbial evolution.

اقتران is a one-sided transport of genetic material from one microbial cell to another by direct cell-to-cell contact.

Plasmid of a certain type (or, more correctly, episome) termed as F factor، أو fertility factor, ensures the conjugation.

F factor replicates independently of nucleoid within bacterial cytoplasm.

Harboring F factor bacteria are the genetic donors, designated as F+ cells, whereas F сells are the recipients. They don’t contain F factor.

F plasmid of donor cell contains the genetic information for the synthesis of sex pili – special extracellular protrusions that promote binding of donor cell to the recipient bacteria. F plasmid also carries some additional genetic elements that is required for the successful transfer of DNA.

The transfer of F factor into the recipient cell takes place only in case of direct contact of the bacteria. F factor can exist in two forms: واثق من نفسه in bacterial cytoplasm and المدمجة into the bacterial nucleoid. Therefore, besides F+ donor cells, containing free F factor in cytoplasm, bacterial donors with integrated F factor sequence are found. They were designated as Hfr (high frequency of recombination) الخلايا. These cells are characterized by essential high frequency of recombination (10-1-10-4), whereas the frequency of recombination between the F and F+ strains is in the range between 10-4 and 10-6.

Thus, there are major two variants of the conjugation.

In the first case autonomous F factor initiates the formation of the conjugation tube and reduplicates itself by the rolling circle mechanism. One linear strand of newly synthesized donor’s DNA is transferred into the conjugation tube. The recipient cell completes the structure of F factor’s DNA by synthesis of the novel DNA strand on the transferred donor’s DNA template. The remaining strand of F factor within the donor cell retains its circular form after duplication. As F factor copy has been delivered, the recipient cell becomes converted into the donor F+ cell.

Another variant of conjugation proceeds within Hfr cells. DNA sequence of Hfr cell is incised nearby the integrated F factor. But after the formation of conjugation tube the transfer of single-stranded linear DNA begins from the side of bacterial DNA localization. Thus F factor can be transported into recipient cell only after complete transference of nucleoid DNA. The latter is almost unlikely, so the recipient cell cannot obtain the properties of genetic donor.

Nevertheless, the nucleoid DNA fragment of the Hfr cell can be included in the genome of the recipient cell (F-) by recombination. As the result, an incomplete zygote (or merozygote) is formed that is composed of the whole genome of the recipient and some part of donor’s genome.

After conjugation both cells remain viable.

Similar to other recombinations, conjugation may occur not only between the cells of the same species, but among the cells from various species, thus leading to the production of interspecies recombinants.


Random or Controlled Variability

Genetic recombination is not random. Offspring survival following genetic recombination is just short of 100% among all sexually reproducing organism substantiating these reaction as highly controlled and specific. We can also not predict the ability of these reactions to modify an organism. We have been taught that the sources of population variability are random. The crossing-over reactions are claimed to be randomized exchanges although it is a given juggling genomic DNA would produce extremely high infant mortality rates. Truly, the genetic changes induced during meiosis are a highly controlled and pin-point specific reactions which occur by design to produce populations with variability.

Since we know all the various breeds animals were created through genetic recombination, why are we taught every variation of animal in nature is a result of mutations?

Mutations are a theoretic necessity for atheistic evolution which is attempting to substantiate the origin of life through the mechanisms that are allowing organisms to adapt. For the theory to explain the existence of life, the source of variability driving this process must not be reliant upon a living system. To the atheist, the driving force behind evolution must be a random source. Although the molecular machinery is still largely beyond our comprehension the scientific community can not recognize the design inference its complexity suggests, and will not acknowledge the obvious that evolution is solely reliant upon the genetic manipulation created by the cell.

Since homologous recombination is performed by the cell, it therefore occurs by design, and we do not understand these reactions well enough to recognize the capability of these genetic modifications. The real power behind genetic recombination has not yet been recognized. Given our knowledge, it may be assumable that these reactions are the exclusive source of new alleles or genetic information, but we should not yet attempt to theoretically limit their ability to manipulate the genome.


شاهد الفيديو: شرح تركيب الجين HD (شهر فبراير 2023).