Bookshelf

Het idee dat intrachromosomale recombinanten werden geproduceerd door een soort uitwisseling van materiaal tussen homologe chromosomen was een overtuigend idee. Maar experimenten waren nodig om dit idee te testen. Een van de eerste stappen was het correleren van het verschijnen van een genetische recombinant met een uitwisseling van delen van chromosomen. Verschillende onderzoekers benaderden dit probleem op dezelfde manier. In 1931 bestudeerden Harriet Creighton en Barbara McClintock twee loci van chromosoom 9 van maïs: de ene beïnvloedde de zaadkleur (C, gekleurd; c, kleurloos) en de andere de samenstelling van het endosperm (Wx, wasachtig; wx, zetmeelrijk). Bovendien was het chromosoom dat drager was van C en Wx ongewoon omdat het een groot, dicht gekleurd element (knop genoemd) aan het C-uiteinde droeg en een langer stuk chromosoom aan het Wx-uiteinde;de heterozygoot was dus

Toen zij de chromosomen van genetische recombinanten vergeleken met die van ouderlijke types, ontdekten Creighton en McClintock dat alle ouderlijke types de ouderlijkechromosomale rangschikking behielden, terwijl alle recombinanten

of

waren. Zij brachten dus de genetische en cytologische gebeurtenissen van intrachromosomale recombinatie met elkaar in verband.De chiasmata bleken de plaatsen te zijn waar de uitwisseling plaatsvond, maar het definitieve bewijs hiervoor kwam pas in 1978.

Maar wat is het mechanisme van chromosoomuitwisseling bij een cross-over? Het korte antwoord is dat een crossover het resultaat is van chromosoombreuk en hereniging. Twee ouderlijke chromosomen breken op dezelfde positie, en komen dan weer bij elkaar in twee niet-ouderlijke combinaties. In Hoofdstuk 19 zullen we modellen bestuderen van de moleculaire processen die het mogelijk maken dat DNA op zo’n precieze manier breekt en weer samenkomt.

Je zult merken dat we in onze schematische voorstellingen van crossing-over in dit hoofdstuk, cross-overs hebben laten zien die plaatsvinden in het vier-chromatiden stadium van de meiose. Echter, alleen al door het bestuderen van willekeurige recombinant producten van meiose, zoals in een testkruising, is het niet mogelijk om deze mogelijkheid te onderscheiden van crossing-over in het tweechromosoom stadium. Deze kwestie werd opgelost door de genetische analyse van organismen waarvan de vier meiprodukten bij elkaar blijven in groepen van vier, tetrads genaamd. Deze organismen zijn hoofdzakelijk schimmels en eencellige algen. De meioseprodukten in één tetrad kunnen worden geïsoleerd, wat neerkomt op het isoleren van alle vier chromatiden die uit één meiose voortkomen. Tetradanalyses van kruisingen waarbij genen aan elkaar gekoppeld zijn, laten duidelijk zien dat in veel gevallen de tetrads vier verschillende genotypes bevatten met betrekking tot deze loci; Bijvoorbeeld, van de kruising

bevatten sommige tetrads vier genotypen

Dit resultaat kan alleen worden verklaard door het optreden van een kruising in het stadium van de vier chromatiden, want als een kruising in het stadium van de twee chromosomen zou plaatsvinden, zouden er in een afzonderlijke meiose slechts twee verschillende genotypen kunnen zijn, zoals in figuur 5-20 is aangegeven.

Figuur 5-20

Tetrad-analyse levert het bewijs dat genetici in staat stelde te beslissen of crossing-over plaatsvindt in het twee-strengs (twee-chromosoom) of in het vier-strengs (vier-chromatide) stadium van de meiose. Omdat meer dan twee verschillende producten van een enkele meiose (meer…)

Tetrad analyse maakt het mogelijk om vele andere aspecten van intrachromosomale recombinatie te onderzoeken, die in detail zullen worden behandeld in hoofdstuk 6, maar laten we voor het heden tetrads gebruiken om twee meer fundamentele vragen over crossing-over te beantwoorden. Ten eerste, kunnen meerdere crossovers plaatsvinden tussen meer dan twee chromatiden? Om deze vraag te beantwoorden, moeten we kijken naar dubbele kruisingen; en, om dubbele kruisingen te bestuderen, hebben we drie gekoppelde genen nodig. Bijvoorbeeld, in een kruising zoals

zijn er veel verschillende tetrads mogelijk, maar sommige daarvan kunnen alleen verklaard worden door doublecrossovers. Beschouw de volgende tetrade als een voorbeeld:

Deze tetrade moet worden verklaard door twee kruisingen waarbij drie chromatiden betrokken zijn, zoals getoond in figuur 5-21. Andere typen tetrads laten zien dat alle vier chromatiden kunnen deelnemen aan crossing-over in dezelfde meiose. Daarom kunnen twee, drie, of vierchromatiden deelnemen aan crossing-over-gebeurtenissen in een enkele meiose.

Figuur 5-21

Een van de verschillende mogelijke typen double-crossover tetrads die regelmatig worden waargenomen.Merk op dat meer dan twee chromatiden van deel wisselden.

Als alle chromatiden kunnen deelnemen, kunnen we ons afvragen of er sprake is van chromatideninterferentie; met andere woorden, beïnvloedt het optreden van een kruising tussen twee zustercromatiden de waarschijnlijkheid dat die twee chromatiden deelnemen aan een andere kruising in dezelfde meiose? Tetrad analyse kan deze vraag beantwoorden en laat zien dat in het algemeen de verdeling van crossovers tussen chromatiden willekeurig is; met andere woorden, er is geen chromatide interferentie.

Voordat we het onderwerp van de betrokkenheid van chromatiden in crossovers verlaten, is het de moeite waard een andere vraag op te werpen: Is het mogelijk dat crossing-over optreedt tussen zusterchromatiden? Het is aangetoond in sommige organismen dat er inderdaad zuster-chromatide kruising plaatsvindt; maar, omdat het geen recombinanten oplevert en, bovendien, omdat het niet duidelijk is of het in alle organismen voorkomt, is het conventioneel om dit type uitwisseling niet weer te geven in kruisingsdiagrammen.

Kruising is een opmerkelijk nauwkeurig proces. De synapsis en uitwisseling van chromosomen zorgt ervoor dat er geen segmenten verloren gaan of gewonnen worden, en dat er vier volledige chromosomen ontstaan in een tetrad. Er is veel geleerd over de aard van de moleculaire gebeurtenissen in en rond de plaatsen van crossing-over, en deze zullen worden onderzocht in hoofdstuk 19.