ไมโอซิสและการรวมกลุ่มใหม่ของยีน

ไมโอซิสคือการแบ่งเซลล์แบบพิเศษที่ลดจำนวนโครโมโซมลงครึ่งหนึ่งเพื่อสร้างเซลล์สืบพันธุ์ และการรวมกลุ่มใหม่ของยีนในระหว่างกระบวนการนี้จะสับเปลี่ยนพันธุกรรมระหว่างโครโมโซมที่เป็นคู่กัน

Definition

ไมโอซิสคือการแบ่งเซลล์ที่สร้างเซลล์แฮพลอยด์สี่เซลล์จากเซลล์ดิพลอยด์หนึ่งเซลล์ผ่านการแบ่งสองรอบหลังจากการจำลองดีเอ็นเอเพียงรอบเดียว; การรวมกลุ่มใหม่ของยีนคือการแลกเปลี่ยนสารพันธุกรรมระหว่างโครโมโซมที่เป็นคู่กันในระหว่างกระบวนการนี้

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมการแบ่งไมโอซิสสองครั้งที่ต่อเนื่องกัน การจับคู่ของโครโมโซมที่เป็นคู่กัน การไขว้เปลี่ยน (crossing over) และการรวมกลุ่มใหม่ของยีนแบบโฮโมโลกัส (homologous recombination) การแบ่งแบบลดจำนวน (reductional division) และการแบ่งแบบคงจำนวน (equational division) และวิธีการที่ไมโอซิสสร้างเซลล์แฮพลอยด์และความหลากหลายทางพันธุกรรม

Core questions

• ไมโอซิสลดจำนวนโครโมโซมลงครึ่งหนึ่งได้อย่างไร?
• เกิดอะไรขึ้นในระหว่างการจับคู่ของโครโมโซมที่เป็นคู่กัน?
• การไขว้เปลี่ยนสร้างความหลากหลายทางพันธุกรรมได้อย่างไร?
• การแบ่งไมโอซิสสองครั้งแตกต่างกันและแตกต่างจากการแบ่งไมโทซิสอย่างไร?

Key theories

การแบ่งแบบลดจำนวนและการแยกตัวอย่างอิสระ

ไมโอซิสแยกโครโมโซมที่เป็นคู่กันในการแบ่งครั้งแรกและซิสเตอร์โครมาทิดในการแบ่งครั้งที่สอง และการจัดเรียงตัวแบบสุ่มของโครโมโซมที่เป็นคู่กัน ร่วมกับการไขว้เปลี่ยน ทำให้เกิดเซลล์สืบพันธุ์ที่มีความหลากหลายทางพันธุกรรม

Mechanisms

หลังจากการจำลองดีเอ็นเอหนึ่งรอบ โครโมโซมที่เป็นคู่กันจะจับคู่กันตลอดความยาวและเกิดการรวมกลุ่มใหม่ของยีนแบบโฮโมโลกัส ทำให้เกิดการไขว้เปลี่ยน (crossovers) ที่เชื่อมโยงโครโมโซมที่เป็นคู่กันทางกายภาพและแลกเปลี่ยนส่วนต่างๆ ในการแบ่งไมโอซิสครั้งแรก โครโมโซมที่เป็นคู่กันจะถูกแยกออกจากกัน ทำให้จำนวนโครโมโซมลดลง; ในการแบ่งครั้งที่สอง ซิสเตอร์โครมาทิดจะแยกออกจากกันเช่นเดียวกับการแบ่งไมโทซิส การจัดเรียงตัวอย่างอิสระของโครโมโซมแต่ละคู่และการไขว้เปลี่ยนร่วมกันสร้างความหลากหลายทางพันธุกรรมในเซลล์สืบพันธุ์แฮพลอยด์ที่เกิดขึ้น

Clinical relevance

ไมโอซิสอธิบายว่าการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศรักษาระดับจำนวนโครโมโซมในแต่ละรุ่นได้อย่างไร และสร้างความหลากหลายทางพันธุกรรม ซึ่งเชื่อมโยงชีววิทยาของเซลล์เข้ากับพันธุศาสตร์และวิวัฒนาการ การนำเสนอในที่นี้เป็นการบรรยายเชิงพรรณนาและไม่เป็นการแนะนำการรักษา

History

เซลล์วิทยาในช่วงปลายศตวรรษที่สิบเก้าได้กำหนดให้ไมโอซิสเป็นพื้นฐานของการลดจำนวนโครโมโซมในเซลล์สืบพันธุ์; กลุ่มของมอร์แกนเชื่อมโยงการรวมกลุ่มใหม่ของยีนกับการไขว้เปลี่ยนระหว่างโครโมโซม และการศึกษาข้าวโพดของแมคคลินทอคได้ให้ความกระจ่างเกี่ยวกับพฤติกรรมและการแลกเปลี่ยนของโครโมโซมในระหว่างไมโอซิส

Key figures

• August Weismann
• Thomas Hunt Morgan
• Barbara McClintock

Seminal works

• alberts2014
• cooper2019

Frequently asked questions

ทำไมไมโอซิสจึงมีการแบ่งสองครั้ง?

การแบ่งครั้งแรกจะแยกโครโมโซมที่เป็นคู่กันเพื่อลดจำนวนโครโมโซมลงครึ่งหนึ่ง และการแบ่งครั้งที่สองจะแยกซิสเตอร์โครมาทิด ดังนั้นเซลล์ดิพลอยด์หนึ่งเซลล์จึงให้ผลเป็นเซลล์แฮพลอยด์สี่เซลล์

การไขว้เปลี่ยนสร้างความหลากหลายได้อย่างไร?

การไขว้เปลี่ยนจะแลกเปลี่ยนส่วนต่างๆ ระหว่างโครโมโซมที่เป็นคู่กัน ทำให้เกิดการรวมกันใหม่ของอัลลีลที่แตกต่างจากโครโมโซมของพ่อแม่ทั้งสอง