การรวมกลุ่มใหม่และการไขว้เปลี่ยน
การรวมกลุ่มใหม่คือการสร้างการรวมกันใหม่ของอัลลีล และการไขว้เปลี่ยนคือการแลกเปลี่ยนส่วนของโครโมโซมที่เป็นคู่กันทางกายภาพระหว่างโครโมโซมคู่เหมือนในระหว่างการแบ่งเซลล์แบบไมโอซิส ซึ่งทำให้เกิดการรวมกลุ่มใหม่นี้ขึ้น การรวมกลุ่มใหม่นี้จะทำลายการรวมกันของอัลลีลของพ่อแม่ ซึ่งเป็นการแยกยีนที่เชื่อมโยงกันออกจากกัน และเป็นแหล่งของความหลากหลายที่การทำแผนที่พันธุกรรมต้องอาศัย
Definition
การไขว้เปลี่ยนคือการแลกเปลี่ยนส่วนของโครโมโซมคู่เหมือนระหว่างโครมาทิดที่ไม่ใช่พี่น้องกันที่ไคแอสมา (chiasmata) ในระหว่างระยะโปรเฟสของการแบ่งเซลล์แบบไมโอซิส และการรวมกลุ่มใหม่คือการปรากฏของอัลลีลที่รวมกันในลูกหลานที่แตกต่างจากที่พบในพ่อแม่
Scope
บทความนี้ครอบคลุมเหตุการณ์ทางเซลล์วิทยาของการไขว้เปลี่ยน, เซลล์สืบพันธุ์ที่เกิดจากการรวมกลุ่มใหม่, หลักฐานทางเซลล์พันธุศาสตร์ที่แสดงว่าการแลกเปลี่ยนเป็นไปในทางกายภาพ, และความสัมพันธ์ระหว่างความถี่ของการรวมกลุ่มใหม่กับระยะห่างระหว่างตำแหน่งยีน นี่เป็นหัวข้ออ้างอิงเกี่ยวกับกระบวนการไมโอซิส ไม่ใช่ขั้นตอนทางคลินิก
Core questions
- เกิดอะไรขึ้นกับโครโมโซมทางกายภาพในระหว่างการไขว้เปลี่ยน?
- การไขว้เปลี่ยนสร้างเซลล์สืบพันธุ์แบบรวมกลุ่มใหม่ได้อย่างไร?
- เหตุใดความถี่ของการรวมกลุ่มใหม่จึงเพิ่มขึ้นตามระยะห่างระหว่างตำแหน่งยีน?
Key concepts
- การไขว้เปลี่ยนและไคแอสมา
- โครโมโซมคู่เหมือนและโครมาทิดที่ไม่ใช่พี่น้องกัน
- เซลล์สืบพันธุ์แบบรวมกลุ่มใหม่เทียบกับเซลล์สืบพันธุ์ของพ่อแม่
- ความถี่ของการรวมกลุ่มใหม่
- การไขว้เปลี่ยนซ้ำสองครั้งและการรบกวน
- การแยกตัวอย่างอิสระในฐานะแหล่งที่มาของการรวมกลุ่มใหม่ที่เกี่ยวข้อง
Mechanisms
ในระหว่างระยะโปรเฟส I ของไมโอซิส โครโมโซมคู่เหมือนจะจับคู่กันและสร้างไซแนปโทนีมอลคอมเพล็กซ์ (synaptonemal complex); ณ จุดที่เรียกว่าไคแอสมา โครมาทิดที่ไม่ใช่พี่น้องกันจะแตกออกและเชื่อมต่อกันใหม่ ทำให้เกิดการแลกเปลี่ยนส่วนต่างๆ ซึ่งกันและกัน เซลล์สืบพันธุ์ที่มียีนโครโมโซมที่มีการรวมกันใหม่ของอัลลีลของพ่อแม่เรียกว่าเซลล์สืบพันธุ์แบบรวมกลุ่มใหม่ เนื่องจากโอกาสที่จะเกิดการไขว้เปลี่ยนระหว่างสองตำแหน่งยีนที่อยู่ห่างกันมีมากขึ้น ความถี่ของเซลล์สืบพันธุ์แบบรวมกลุ่มใหม่จึงเพิ่มขึ้นตามระยะห่างที่แยกตำแหน่งยีน ซึ่งเป็นพื้นฐานสำหรับการแปลงความถี่ของการรวมกลุ่มใหม่เป็นระยะทางแผนที่ ในช่วงเวลาเดียว ความสัมพันธ์จะเป็นเชิงเส้นโดยประมาณในระยะทางสั้นๆ แต่การไขว้เปลี่ยนซ้ำสองครั้ง (ซึ่งสามารถคืนค่าการจัดเรียงของพ่อแม่ได้) และการรบกวนของการไขว้เปลี่ยนทำให้ความสัมพันธ์ไม่เป็นเชิงเส้นในช่วงเวลาที่ยาวขึ้น สเตอร์เตแวนต์ (Sturtevant, 1913) ใช้ความถี่ของการรวมกลุ่มใหม่เป็นตัวแทนของระยะทางเพื่อสร้างแผนที่พันธุกรรมฉบับแรก และเครย์ตันและแมคลินทอค (Creighton and McClintock, 1931) แสดงให้เห็นทางเซลล์วิทยาว่าการรวมกลุ่มใหม่ทางพันธุกรรมมาพร้อมกับการแลกเปลี่ยนสารพันธุกรรมของโครโมโซมทางกายภาพ
Clinical relevance
การรวมกลุ่มใหม่เป็นพื้นฐานของการแยกตัวของเครื่องหมายและอัลลีลของโรคที่การศึกษาการทำแผนที่ยีนติดตาม และการไขว้เปลี่ยนในไมโอซิสยังสร้างความหลากหลายของแฮปโลไทป์ที่ศึกษาในประชากรมนุษย์ บทความนี้เป็นข้อมูลอ้างอิงเกี่ยวกับกระบวนการทางชีววิทยาและไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัยหรือการรักษาเฉพาะบุคคล
History
กลุ่มของมอร์แกนเสนอในช่วงทศวรรษ 1910 ว่าการแลกเปลี่ยนส่วนของโครโมโซมสามารถอธิบายได้ว่าทำไมการเชื่อมโยงจึงไม่สมบูรณ์ และสเตอร์เตแวนต์ (Sturtevant, 1913) ใช้ความถี่ของการแลกเปลี่ยนดังกล่าวเพื่อจัดเรียงยีนบนโครโมโซม ความเป็นจริงทางกายภาพของการไขว้เปลี่ยนได้รับการพิสูจน์โดยเครย์ตันและแมคลินทอค (Creighton and McClintock, 1931) ในข้าวโพด ซึ่งได้เชื่อมโยงการแลกเปลี่ยนทางเซลล์วิทยาที่มองเห็นได้กับการรวมกลุ่มใหม่ทางพันธุกรรมของเครื่องหมายที่เชื่อมโยงกัน โดยยืนยันว่าการรวมกลุ่มใหม่ทางพันธุกรรมสะท้อนถึงการแลกเปลี่ยนโครโมโซมที่แท้จริง
Key figures
- Thomas Hunt Morgan
- Alfred Sturtevant
- Harriet Creighton
- Barbara McClintock
Related topics
Seminal works
- sturtevant-1913
- creighton-mcclintock-1931
Frequently asked questions
- การไขว้เปลี่ยนเป็นแหล่งเดียวของการรวมกลุ่มใหม่ทางพันธุกรรมหรือไม่?
- ไม่ การแยกตัวอย่างอิสระของโครโมโซมคู่ต่างๆ ก็รวมอัลลีลที่ตำแหน่งยีนที่ไม่เชื่อมโยงกันใหม่ด้วย การไขว้เปลี่ยนเป็นกลไกเฉพาะที่รวมอัลลีลที่ตำแหน่งยีนที่เชื่อมโยงกันบนโครโมโซมเดียวกันใหม่
- เหตุใดความถี่ของการรวมกลุ่มใหม่จึงไม่สามารถเกิน 50 เปอร์เซ็นต์ได้?
- แม้จะมีการไขว้เปลี่ยนหลายครั้งระหว่างสองตำแหน่งยีน อย่างมากที่สุดครึ่งหนึ่งของเซลล์สืบพันธุ์ที่ได้จะเป็นแบบรวมกลุ่มใหม่ ดังนั้นความถี่ของการรวมกลุ่มใหม่ที่สังเกตได้จะสูงสุดใกล้ 0.5 ซึ่งเป็นค่าสำหรับตำแหน่งยีนที่ไม่เชื่อมโยงกันด้วย