8: Рекомбинация ДНК - Биология

В главе о мутации и репарации ДНК рассматривались в основном небольшие изменения в последовательности ДНК, обычно отдельные пары оснований, возникающие в результате ошибок репликации или повреждения ДНК. Последовательность ДНК хромосомы также может изменяться в больших сегментах в результате процессов рекомбинации и транспозиции. Рекомбинация образование новой молекулы (ей) ДНК из двух исходных молекул ДНК или различных сегментов одной и той же молекулы ДНК; это будет темой данной главы. Транспонирование представляет собой узкоспециализированную форму рекомбинации, при которой сегмент ДНК перемещается из одного места в другое, либо на той же хромосоме, либо на другой хромосоме; об этом мы поговорим в следующей главе.

• 8.1: Типы и примеры рекомбинации

  У живых организмов идентифицировано по крайней мере четыре типа естественной рекомбинации: (1) общая или гомологичная рекомбинация, (2) нелегитимная или негомологичная рекомбинация, (3) сайт-специфическая рекомбинация и (4) репликативная рекомбинация.

• 8.2: Обнаружение рекомбинации

  Второй закон Менделя описывает случайный набор аллелей пар генов. Однако некоторые пары генов демонстрируют отклонения от этого случайного набора, что позволяет сделать вывод, что эти гены связаны в хромосоме. Связь не всегда является полной, а это означает, что генотипы, не являющиеся родителями, видны в определенной части потомства. Это объясняется кроссинговером между парами генов во время мейоза у родителей.

• 8.3: Мейотическая рекомбинация

  Способность гомологичных хромосом к спариванию во время первой фазы мейоза является фундаментальной для успеха этого процесса, который поддерживает правильный гаплоидный набор хромосом в зародышевой клетке. Рекомбинация - это неотъемлемая часть спаривания гомологичных хромосом. Это происходит между несестринскими хроматидами во время стадии пахитены мейоза I (первая стадия мейоза) и, возможно, раньше, когда гомологичные хромосомы выравниваются в зиготене.

• 8.4: Преимущества генетической рекомбинации

  Не только рекомбинация необходима для гомологичного спаривания во время мейоза, но рекомбинация имеет по крайней мере два дополнительных преимущества для половых видов. Он создает новые комбинации аллелей вдоль хромосом и ограничивает эффекты мутаций в основном областью вокруг гена, а не всей хромосомой. Поскольку каждая хромосома подвергается по крайней мере одному событию рекомбинации во время мейоза, генерируются новые комбинации аллелей.

• 8.5: Доказательства гетеродуплексов в результате рекомбинации у грибов

  Механизм, с помощью которого происходит рекомбинация, был изучен в основном на грибах, таких как почкующиеся дрожжи Saccharomyces cerevisiae и нитчатый гриб Ascomycetes, а также на бактериях. Грибы подвергаются мейозу, и, следовательно, некоторые аспекты их систем рекомбинации могут быть более похожи на таковые у растений и животных, чем на таковые у бактерий. Однако ферментативные функции, обнаруженные в результате генетических и биохимических исследований рекомбинации у бактерий, имеют аналоги и у эукариотических организмов.

• 8.6: Модель Холлидея для общей рекомбинации - вторжение одной нити

  В 1964 году Робин Холлидей предложил модель, объясняющую образование гетеродуплекса и конверсию генов во время рекомбинации. Хотя ее вытеснила модель двухцепочечного разрыва (по крайней мере, для рекомбинации у дрожжей и высших организмов), с нее можно начать. Он иллюстрирует критические этапы спаривания гомологичных дуплексов, образования гетеродуплекса, образования рекомбинационного стыка, миграции ветвей и разрешения.

• 8.7: Модель двухцепочечного разрыва для рекомбинации

  Несколько линий доказательств, в первую очередь из исследований рекомбинации у дрожжей, требовали изменений в реципрокном обмене цепями ДНК, инициированном одноцепочечными разрывами. Как уже упоминалось, один дуплекс ДНК имел тенденцию быть донором информации, а другой - реципиентом, в отличие от равноправного обмена, предсказанного исходной моделью Холлидея. Кроме того, у дрожжей рекомбинация могла быть инициирована двухцепочечными разрывами.

• 8.8: Ферменты, необходимые для рекомбинации в E. coli

  Первым шагом в поиске ферментов, осуществляющих рекомбинацию, был генетический скрининг мутантов E. coli, дефектных при рекомбинации. Были разработаны анализы для проверки рекомбинации, и были выделены мутанты, которые показали снижение частоты рекомбинации. Они были распределены в группы дополнения, называемые recA, recB, recC, recD и так далее. Примерно 20 различных генов (разные группы рекомбинации) были идентифицированы у E. coli.

• 8.9: Генерация одиночных цепей

  Один из основных путей образования 3’-одноцепочечных концов использует фермент RecBCD, также известный как экзонуклеаза V. Три субъединицы этого фермента кодируются генами recB, recC и recD. Каждая модель рекомбинации требует однонити со свободным концом для инвазии цепи, и этот фермент делает это, но с несколькими неожиданными особенностями.

• 8.10: Синапсис и вторжение отдельных нитей

  Спаривание двух рекомбинирующих молекул ДНК (синапс) и вторжение одной цепи из инициирующего дуплекса в другой дуплекс катализируются многофункциональным белком RecA. Это вторжение в дуплекс ДНК одноцепочечной ДНК приводит к замене одной из цепей исходного дуплекса вторгающейся цепью, и замененная цепь вытесняется из дуплекса. Следовательно, эту реакцию можно также назвать ассимиляцией цепи или обменом цепи.

• 8.11: Миграция филиалов

  Перемещение соединения Холлидея для образования дополнительного гетеродуплекса требует двух белков. Один из них - тетрамер RuvA, распознающий структуру соединения Холлидея. Другой - RuvB, который является АТФазой. Он образует гексамерные кольца, которые служат двигателем для миграции ветвей.

• 8.12: Разрешение

  RuvC - это эндонуклеаза, которая расщепляет соединения Холлидея. Он образует димеры, которые связываются с переходом Холлидея; Последние данные указывают на взаимодействие между RuvA, RuvB и RuvC как комплекс на стыке Холлидей. Структура комплекса соединений RuvA-Holliday предполагает, что открытая структура соединения, стабилизированная связыванием RuvA, может открывать поверхность, которая распознается Ruv C для расщепления.

• 8.E: Рекомбинация ДНК (упражнения)

Предлагаемые чтения

• Холлидей Р. (1964) Механизм преобразования генов в грибах. Генетические исследования 5: 282-304.
• Орр-Уивер, Т. Л., Шостак, Дж. У. и Ротштейн, Р. Дж. (1981) Трансформация дрожжей: модельная система для изучения рекомбинации. Proc. Natl. Акад. Sci. США 78: 6354-6358.
• Шостак, Дж. У., Орр-Уивер, Т. Л., Ротштейн, Р. и Шталь, Ф. (1983) Модель репарации двухцепочечного разрыва для рекомбинации. Ячейка 33: 25-35.
• Шталь, Ф. (1994) Перекресток Холлидей в день его тридцатой годовщины. Генетика 138: 241-246.
• Ковальчиковски, С.С., Диксон, Д.А., Эгглстон, А.К., Лаудер, С.Д. и Рехрауэр, В.М. (1994) Microbiological Reviews 58: 401-465.
• Эгглстон, А. К. и Уэст, С. С. (1996) Обмен партнерами: рекомбинация в E. coli. Treand in Genetics 12: 20-25.
• Эдельманн, В. и Кучерлапати, Р. (1996) Роль ферментов рекомбинации в выживании клеток млекопитающих. США 93: 6225-6227.

Смотреть видео: Biology: Cell Structure I Nucleus Medical Media (February 2023).