MejozamejozaMejoza zachodzi u organizmów rozmnażających się płciowo. Organizm diploidalnydiploidalnydiploidalny (2n) w wyniku mejozy produkuje komórki haploidalne, które zawierają połowę wyjściowej liczby chromosomówchromosomychromosomów (1n). U zwierząt są to komórki rozrodcze (gametygametagamety), 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 genetycznejrekombinacja genetycznarekombinacji genetycznej.

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‑overcrossing‑over. To ostatnie jest przykładem rekombinacji homologicznejrekombinacja homologicznarekombinacji homologicznej, czyli procesu wymiany odcinków chromosomów o sekwencjach nukleotydównukleotydnukleotydów podobnych do siebie (wykazujących homologię).

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.

W trakcie profazy I podziału mejotycznego dochodzi do kondensacji chromatyny w chromosomy. Następnie zachodzi koniugacjakoniugacja chromosomówkoniugacja, czyli parowanie się chromosomów homologicznychchromosomy homologicznechromosomów homologicznych w biwalentybiwalentbiwalenty – 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 synaptonemalnegokompleks synaptonemalnykompleksu synaptonemalnego, którego zadaniem jest stabilizacja biwalentu. Więcej informacji na ten temat znajdziesz w materiale: Przebieg i znaczenie mejozy.

W pachyteniepachytenpachytenie 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 chiazmychiazmachiazmy, czyli krzyżowe połączenia pomiędzy chromatydami. Proces crossing‑over kończy się w diploteniediplotendiplotenie terminalizacją chiazm, czyli ich przesunięciem w kierunku końców chromosomów. Ostatnie stadium profazy I– diakinezadiakinezadiakineza – kończy się wraz z zanikiem otoczki jądrowej.

RuIN3KlymPDqZ

Ilustracja przedstawia przebieg procesu crossing‑over od pary chromosomów homologicznych, przez ich koniugację, wytworzenie chiazm, aż do zrekombinowanych chromatyd. Na pierwszej ilustracji od lewej stronie widoczne są dwa duże chromosomy: czerwony i fioletowy w kształcie litery X, których dolne ramiona są dłuższe od górnych. Ilustracja podpisana jest jako tworzenie biwalentów przez chromosomy homologiczne. Na kolejnej ilustracji przylegające ramiona chromosomów stykają się ze sobą – pod spodem widnieje podpis: łączenie się chromosomów homologicznych. Na następnym rysunku następuje crossing‑over, oba chromosomy się krzyżują, a miejsce ich skrzyżowania na ramionach w kształcie litery X to chiazma. Na ostatniej ilustracji z prawej strony część wewnętrznych ramion chromosomu w kolorze fioletowym przyjmuje kolor niebieski, a część dłuższego, wewnętrznego ramienia chromosomu w kolorze niebieskim przyjmuje kolor fioletowy.

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