Przeczytaj
MejozaMejoza zachodzi u organizmów rozmnażających się płciowo. Organizm diploidalnydiploidalny (2n) w wyniku mejozy produkuje komórki haploidalne, które zawierają połowę wyjściowej liczby chromosomówchromosomów (1n). U zwierząt są to komórki rozrodcze (gametygamety), natomiast u roślin - zarodniki. U człowieka komórki somatyczne są diploidalne i każda ma liczbę chromosomów 2n=46 (23 pary chromosomów homologicznych). Powstające w gonadach - jądrach i jajnikach - w wyniku podziału mejotycznego gamety są natomiast haploidalne. Każda gameta zawiera pojedynczy komplet chromosomów 1n=23. Po zapłodnieniu, czyli połączeniu się komórki jajowej i plemnika, dochodzi do powstania zygoty i odtworzenia pełnego garnituru chromosomów (2n=46).
Jaką korzyść podział mejotyczny przynosi organizmom rozmnażającym się płciowo? Oprócz redukcji liczby chromosomów, kluczowej dla utrzymania stałej dla gatunku liczby chromosomów po zapłodnieniu, mejoza jest źródłem rekombinacji genetycznejrekombinacji genetycznej.
Rekombinacja genetyczna
Rekombinacją genetyczną nazywa się procesy prowadzące do powstawania nowych genotypów (nowych układów alleli genów) u organizmów potomnych – w oparciu o nowe kombinacje genów. W trakcie rozmnażania płciowego rekombinacja zachodzi poprzez losowy rozdział chromosomów do gamet i losowe łączenie się gamet, ale także przez powstawanie w chromosomach nowych kombinacji genów dzięki zjawisku crossing‑overcrossing‑over. To ostatnie jest przykładem rekombinacji homologicznejrekombinacji homologicznej, czyli procesu wymiany odcinków chromosomów o sekwencjach nukleotydównukleotydów podobnych do siebie (wykazujących homologię).
Oprócz rekombinacji homologicznej, inaczej nazywanej ogólną, występują jeszcze dwa inne typy wymiany odcinków DNA. Rekombinacja umiejscowionaRekombinacja umiejscowiona dotyczy bardzo małych fragmentów podobnych do siebie łańcuchów polinukleotydowych. Ten typ rekombinacji może zachodzić m.in. w genomach fagów.
Jeżeli natomiast wymiana fragmentu DNA zachodzi przez jego przeniesienie w inne miejsce genomu tej samej komórki, mówimy o transpozycji, czyli rekombinacji niehomologicznej. Więcej na ten temat przeczytasz w materiale: Transpozony – ruchome elementy genetyczne.
Jakie znaczenie biologiczne ma proces rekombinacji homologicznej zachodzący podczas mejozy? Gdyby nie dochodziło do wymiany fragmentów genomu, jego struktura w kolejnych pokoleniach ulegałaby bardzo ograniczonym zmianom (wynikającym tylko z mutacji). Stabilność genomu ma duże znaczenie dla określonych cech warunkowanych przez geny niezbędne – kluczowych do przetrwania gatunku. Natomiast dla pozostałych genów brak zmian genomu byłby korzystny jedynie w przypadku przebywania w stabilnym otoczeniu. Warunki środowiska na Ziemi są jednak zmienne, a organizmy nieustannie muszą przystosowywać się do zmian. To właśnie dzięki procesowi rekombinacji możliwe jest powstawanie cech zapewniających przetrwanie tych zmian.
Różnorodność genetyczna zwiększa szanse, że któryś z potomków odziedziczy zestaw genów umożliwiający mu przetrwanie i dochowa się własnego potomstwa w zmiennym środowisku.
Crossing‑over
W trakcie profazy I podziału mejotycznego dochodzi do kondensacji chromatyny w chromosomy. Następnie zachodzi koniugacjakoniugacja, czyli parowanie się chromosomów homologicznychchromosomów homologicznych w biwalentybiwalenty – pary chromosomów, z których jeden pochodzi od matki, a drugi od ojca. W początkowej fazie chromosomy homologiczne są ze sobą ściśle połączone za pomocą kompleksu synaptonemalnegokompleksu synaptonemalnego, którego zadaniem jest stabilizacja biwalentu. Więcej informacji na ten temat znajdziesz w materiale: Przebieg i znaczenie mejozy.
W pachyteniepachytenie dochodzi do procesu crossing‑over, który polega na wymianie fragmentów materiału genetycznego między chromatydami chromosomów homologicznych w biwalencie. Dzięki temu niektóre chromatydy matczyne będą zawierać odcinki DNA pochodzące z chromatyd ojcowskich i odwrotnie. W miejscach wymiany powstają chiazmychiazmy, czyli krzyżowe połączenia pomiędzy chromatydami. Proces crossing‑over kończy się w diploteniediplotenie terminalizacją chiazm, czyli ich przesunięciem w kierunku końców chromosomów. Ostatnie stadium profazy I– diakinezadiakineza – kończy się wraz z zanikiem otoczki jądrowej.
Losowy rozdział chromosomów
W komórce podczas metafazy I mejozy włókna wrzeciona kariokinetycznego łączą się z chromosomami homologicznymi i ustawiają je w płaszczyźnie równikowej komórki. W trakcie anafazy I włókna wrzeciona skracają się i dochodzi do losowego rozdziału chromosomów homologicznych, które zostaną przeciągnięte w przeciwległe bieguny powstałych komórek. Tworzące się komórki potomne otrzymują po jednym chromosomie z każdej pary chromosomów homologicznych. To, w jaki sposób zostaną przydzielone chromosomy do poszczególnych komórek, jest kwestią przypadku (zachodzi tzw. losowa segregacja).
Podczas drugiego podziału mejotycznego dochodzi do analogicznego procesu dotyczącego chromatyd siostrzanych. W pełnym procesie mejozy z jednej komórki tworzą się cztery potomne o haploidalnej liczbie chromosomów, których układ jest losowy.
Słownik
tetrada; para koniugujących chromosomów homologicznych w metafazie pierwszego podziału mejotycznego, utrzymywanych razem dzięki kompleksowi synaptonemalnemu, a później również chiazmom
nazwa pochodzi od greckiej litery chi, która ma kształt podobny do X; krzyżowa struktura pojawiająca się w profazie pierwszego podziału mejotycznego; powstaje w wyniku pęknięcia niesiostrzanych (homologicznych) chromatyd i krzyżowego połączenia fragmentów ich cząsteczek DNA; w regionach tych dochodzi do crossing‑over
najbardziej skondensowana forma organizacji materiału genetycznego – DNA wewnątrz komórki; stanowią jednostki segregacji w podziale jądra komórkowego
chromosomy znajdujące się w diploidalnej komórce, z których jeden pochodzi od ojca, a drugi od matki; mają ramiona tej samej długości, takie samo położenie centromeru, a znajdujące się w tym samym locus geny (allele) warunkują tę samą cechę, np. barwę oczu; podczas mejozy chromosomy homologiczne łączą się, tworząc biwalenty
proces zachodzący podczas profazy pierwszego mejotycznego podziału jądra komórkowego; polega na wymianie odpowiadających sobie odcinków chromatyd niesiostrzanych – należących do koniugujących (sparowanych) chromosomów homologicznych; rezultatem crossing‑over jest przetasowanie genów pochodzenia matczynego i ojcowskiego, prowadzące do powstania nowych, przypadkowych kombinacji genów w ramach jednego chromosomu, a więc tworzących jedną grupę genów sprzężonych
ostatni, piąty etap profazy I mejozy, zachodzący po diplotenie; następuje wówczas przesunięcie chiazm na końce biwalentów, rozmieszczonych na obwodzie jądra komórkowego, oraz maksymalna spiralizacja chromosomów; pod koniec diakinezy zanika jąderko, rozpada się otoczka jądrowa i powstaje wrzeciono podziałowe
zawierający podwójną liczbę chromosomów (2n)
czwarty etap profazy I mejozy występujący po pachytenie, a przed diakinezą; podczas tego etapu następuje oddzielanie się od siebie chromosomów homologicznych, z wyjątkiem chiazm, oraz uwolnienie chromosomów z połączeń z otoczką jądrową; jeżeli w danym biwalencie nie zaszło crossing‑over, chromosomy rozdzielają się całkowicie
komórka płciowa służąca do rozmnażania płciowego, zawiera zredukowaną do połowy liczbę chromosomów
zawierający pojedynczą liczbę chromosomów (1n)
struktura zbudowana z białek, w czasie podziału mejotycznego łączy dwa homologiczne chromosomy tworzące biwalent
zjawisko występujące w profazie I podziału mejotycznego (mejoza); polega na tym, że chromosomy homologiczne w biwalencie (tetradzie) są ze sobą ściśle połączone na całej długości za pośrednictwem kompleksu synaptonemalnego; ścisły kontakt jest warunkiem niezbędnym do zajścia crossing‑over, a więc rekombinacji między chromosomami ojcowskim i matczynym
gr. meiosis – zmniejszanie, proces podziału jądra komórkowego, w wyniku którego dochodzi do redukcji liczby chromosomów
podstawowy składnik budulcowy kwasów nukleinowych (DNA i RNA)
trzecia z faz profazy I mejozy, następuje po zygotenie, a poprzedza diploten; w tej fazie kompleks synaptonemalny jest bardzo zwarty, następuje zjawisko crossing- over oraz dalszy proces spiralizacji skoniugowanych chromosomów homologicznych
występowanie u potomstwa innych kombinacji genów niż u pary rodzicielskiej, a w rezultacie innych zespołów cech; rekombinacja jest efektem zachodzącego podczas mejozy procesu crossing‑over, niezależnego rozchodzenia się chromosomów do gamet, a także, w czasie zapłodnienia, losowego łączenia się gamet
inaczej rekombinacja uprawniona; procesy prowadzące do powstania nowych genotypów poprzez wymianę homologicznych sekwencji materiału genetycznego
rekombinacja specyficzna dla miejsca, procesy prowadzące do powstania nowych genotypów poprzez wymianę fragmentów materiału genetycznego zawierających jedynie krótkie sekwencje homologii