Bookshelf

Pomysł, że wewnątrzchromosomalne rekombinanty zostały wyprodukowane przez pewnego rodzaju wymianę materiału pomiędzy chromosomami homologicznymi był przekonujący. Ale eksperymenty były konieczne, aby przetestować ten pomysł. Jednym z pierwszych kroków było skorelowanie pojawienia się genetycznego rekombinanta z wymianą części chromosomów. Kilku badaczy podeszło do tego problemu w ten sam sposób. W 1931 roku Harriet Creighton i Barbara McClintock badały dwa loci chromosomu 9 kukurydzy: jedno wpływające na kolor nasion (C, kolorowe; c, bezbarwne) i drugie wpływające na skład bielma (Wx, woskowe; wx, skrobiowe). Ponadto chromosom niosący C i Wx był nietypowy, ponieważ zawierał duży, gęsto wybarwiony element (zwany gałką) na końcu C i dłuższy fragment chromosomu na końcu Wx;W ten sposób heterozygota była

Kiedy porównali chromosomy rekombinantów genetycznych z chromosomami typów rodzicielskich, Creighton i McClintock stwierdzili, że wszystkie typy rodzicielskie zachowały rodzicielskie układy chromosomalne, podczas gdy wszystkie rekombinanty były

lub

W ten sposób skorelowali genetyczne i cytologiczne wydarzenia rekombinacji wewnątrzchromosomalnej.Chiasmata okazała się być miejscem wymiany, ale ostateczny dowód na to przyszedł dopiero w 1978 r.

Jaki jest mechanizm wymiany chromosomów w przypadku krzyżowania? Krótka odpowiedź brzmi, że krzyżowanie wynika z pęknięcia chromosomu i ponownego połączenia. Dwa chromosomy rodzicielskie pękają w tym samym miejscu, a następnie łączą się ponownie w dwie nierodzicielskie kombinacje. W rozdziale 19 będziemy studiować modele procesów molekularnych, które pozwalają DNA łamać się i łączyć w tak precyzyjny sposób.

Zauważysz, że w naszych schematycznych przedstawieniach crossing-over w tym rozdziale, pokazaliśmy crossing-over zachodzące na etapie czterech chromatyd w mejozie. Jednakże, po prostu z badania przypadkowych rekombinowanych produktów mejozy, jak w testcross, nie jest możliwe, aby odróżnić tę możliwość od crossing-over na etapie dwóch chromosomów. Sprawa ta została rozstrzygnięta dzięki analizie genetycznej organizmów, u których cztery produkty mejozy pozostają razem w grupach po cztery, zwanych tetradami. Organizmy te to głównie grzyby i jednokomórkowe glony. Produkty mejozy w pojedynczym tetradzie mogą być izolowane, co jest równoznaczne z izolacją wszystkich czterech chromatyd powstałych w wyniku pojedynczej mejozy. Analizy tetradowe krzyżówek, w których geny są ze sobą powiązane, wyraźnie pokazują, że w wielu przypadkach tetrady zawierają cztery różne genotypy w odniesieniu do tych loci; na przykład, z krzyżówki

niektóre tetrady zawierają cztery genotypy

Wynik ten można wytłumaczyć jedynie wystąpieniem crossing-over na etapie czterech chromatydów, ponieważ gdyby crossing-over wystąpiło na etapie dwóch chromosomów, wówczas w pojedynczej mejozie mogłyby być tylko dwa różne genotypy, jak pokazano na Rysunku 5-20.

Rycina 5-20

Analiza tetrad dostarcza dowodów, które umożliwiły genetykom podjęcie decyzji, czy crossing-over zachodzi na etapie dwuniciowym (dwuchromosomowym) czy czteroniciowym (czterochromatydowym) mejozy. Ponieważ więcej niż dwa różne produkty pojedynczej mejozy (więcej…)

Analiza tetrad pozwala na zbadanie wielu innych aspektów rekombinacji wewnątrzchromosomalnej, które zostaną szczegółowo omówione w rozdziale 6, ale na razie wykorzystajmy tetrady do odpowiedzi na dwa bardziej fundamentalne pytania dotyczące crossing-over. Po pierwsze, czy wielokrotne crossing-over może zachodzić pomiędzy więcej niż dwoma chromatydami? Aby odpowiedzieć na to pytanie, musimy przyjrzeć się krzyżówkom podwójnym; a do badania krzyżówek podwójnych potrzebujemy trzech połączonych genów. Na przykład, w krzyżówce takiej jak

możliwych jest wiele różnych tetrad, ale niektóre z nich mogą być wyjaśnione tylko przez podwójne krzyżówki. Rozważmy następującą tetradę jako przykład:

Ta tetrada musi być wyjaśniona przez dwie krzyżówki obejmujące trzy chromatydy, jak pokazano na Rysunku 5-21. Inne rodzaje tetrad pokazują, że wszystkie cztery chromatydy mogą uczestniczyć w crossing-over w tej samej mejozie. Dlatego dwa, trzy lub cztery chromatydy mogą brać udział w zdarzeniach crossing-over w pojedynczej mejozie.

Rysunek 5-21

Jeden z kilku możliwych typów tetrad podwójnie krzyżujących się, które są regularnie obserwowane.Zauważ, że więcej niż dwie chromatydy wymieniły się częściami.

Jeśli wszystkie chromatydy mogą brać udział, możemy zapytać, czy istnieje jakakolwiek interferencja chromatyd; innymi słowy, czy wystąpienie krzyżówki między dwoma bliźniaczymi chromatydami wpływa na prawdopodobieństwo udziału tych dwóch chromatyd w innej krzyżówce w tej samej mejozie? Analiza tetradowa pozwala odpowiedzieć na to pytanie i pokazuje, że generalnie rozkład crossing-over między chromatydami jest losowy; innymi słowy, nie występuje interferencja chromatydowa.

Zanim porzucimy temat udziału chromatyd w crossing-over, warto postawić jeszcze jedno pytanie: Czy jest możliwe, aby crossing-over zachodziło pomiędzy siostrzanymi chromatydami? W niektórych organizmach wykazano, że rzeczywiście istnieje krzyżowanie siostrzanych chromatyd, ale ponieważ nie powoduje ono powstawania rekombinantów i, co więcej, ponieważ nie jest jasne, czy występuje we wszystkich organizmach, konwencjonalne jest nieprzedstawianie tego typu wymiany na diagramach krzyżowania.

Krzyżowanie jest procesem niezwykle precyzyjnym. Synapsis i wymiana chromosomów sprawia, że żadne segmenty nie są tracone ani zyskiwane, a w tetradzie powstają cztery kompletne chromosomy. Wiele dowiedziano się o naturze wydarzeń molekularnych w miejscach i wokół miejsc crossing-over, które zostaną zbadane w rozdziale 19.

.