Giảm phân và sự phân ly nhiễm sắc thể
Giảm phân là quá trình phân bào chuyên biệt gồm hai giai đoạn tạo ra giao tử đơn bội từ các tế bào mầm lưỡng bội, giảm một nửa số lượng nhiễm sắc thể đồng thời tái tổ hợp vật chất di truyền. Lĩnh vực này tập hợp các sự kiện tế bào và phân tử mà qua đó các nhiễm sắc thể tương đồng bắt cặp, tái tổ hợp và được phân bố chính xác cho các tế bào con – cũng như các lỗi trong quá trình phân bố đó tạo ra lệch bội và là nguyên nhân cơ bản của nhiều bệnh nhiễm sắc thể ở người.
Definition
Giảm phân là một quá trình phân bào giảm nhiễm, trong đó một vòng sao chép DNA được theo sau bởi hai lần phân chia liên tiếp, để một tế bào mầm lưỡng bội tạo ra các giao tử đơn bội, với sự phân ly nhiễm sắc thể đề cập đến sự phân chia các nhiễm sắc thể tương đồng (giảm phân I) và các nhiễm sắc tử chị em (giảm phân II) về các cực đối diện.
Scope
Lĩnh vực này định hướng cho người đọc về sinh học của sự phân chia tế bào mầm và tính chính xác của nó: cách tái tổ hợp giảm phân vừa xáo trộn các alen vừa liên kết vật lý các nhiễm sắc thể tương đồng, cách các nhiễm sắc thể phân ly qua hai lần phân bào giảm phân, tại sao sự phân ly có thể thất bại (không phân ly), và tại sao những thất bại đó tăng mạnh theo tuổi mẹ. Nó coi đây là các cơ chế nền tảng trong di truyền học tế bào hơn là các chủ đề quản lý lâm sàng; các yếu tố thiết yếu chi tiết nằm trong các chủ đề con của nó.
Sub-topics
Core questions
- Giảm phân làm thế nào để giảm một nửa số lượng nhiễm sắc thể trong khi vẫn bảo toàn một bộ gen hoàn chỉnh cho mỗi giao tử?
- Tái tổ hợp làm thế nào để vừa tạo ra sự đa dạng di truyền vừa đảm bảo sự phân ly nhiễm sắc thể chính xác?
- Tại sao các nhiễm sắc thể đôi khi không tách rời, và tại sao noãn bào của người đặc biệt dễ mắc lỗi theo tuổi tác?
Key concepts
- Phân bào giảm nhiễm (giảm phân I) so với phân bào nguyên nhiễm (giảm phân II)
- Bắt cặp và tiếp hợp tương đồng
- Bắt chéo và chiasmata
- Sự gắn kết của nhiễm sắc tử chị em
- Không phân ly
- Lệch bội
- Hiệu ứng tuổi mẹ
Mechanisms
Sau một vòng sao chép DNA duy nhất, giảm phân diễn ra qua hai lần phân chia. Trong giảm phân I, các nhiễm sắc thể tương đồng bắt cặp, trải qua quá trình tiếp hợp và trao đổi các đoạn thông qua tái tổ hợp; các điểm bắt chéo tạo thành, được nhìn thấy về mặt tế bào học dưới dạng chiasmata, giữ mỗi cặp tương đồng lại với nhau cho đến kỳ sau, khi các nhiễm sắc thể tương đồng tách ra về các cực đối diện. Trong giảm phân II, giống như trong nguyên phân, các nhiễm sắc tử chị em tách ra. Sự phân ly chính xác phụ thuộc vào ít nhất một điểm bắt chéo được đặt đúng vị trí trên mỗi cặp nhiễm sắc thể và vào sự gắn kết của các nhiễm sắc tử chị em chống lại lực kéo của thoi phân bào cho đến thời điểm thích hợp. Khi tái tổ hợp không có hoặc bị đặt sai vị trí, hoặc khi sự gắn kết bị mất sớm, một nhiễm sắc thể có thể phân ly sai, tạo ra các giao tử có thêm hoặc thiếu một nhiễm sắc thể (Hassold & Hunt, 2001; Handel & Schimenti, 2010; Nagaoka et al., 2012).
Clinical relevance
Các lỗi phân ly nhiễm sắc thể trong giảm phân là nguyên nhân hàng đầu được biết đến gây ra lệch bội thể chất ở người và chiếm một phần lớn các trường hợp sẩy thai và các hội chứng nhiễm sắc thể ở trẻ sơ sinh sống. Việc hiểu các cơ chế này là nền tảng cho việc giải thích các kết quả xét nghiệm di truyền tế bào và sàng lọc trước sinh; mục này mô tả sinh học cơ bản và không phải là cơ sở cho các quyết định chẩn đoán hoặc sinh sản cá nhân (Nagaoka et al., 2012).
Epidemiology
Các lỗi phân ly nhiễm sắc thể đặc biệt phổ biến trong sinh sản ở người: một tỷ lệ đáng kể các trường hợp thụ thai được công nhận lâm sàng là lệch bội, với hầu hết các lỗi đó phát sinh ở noãn bào và tần suất tăng lên khi tuổi mẹ tăng (Hassold & Hunt, 2001; Nagaoka et al., 2012).
History
Cơ sở nhiễm sắc thể của sự di truyền và bản chất giảm nhiễm của giảm phân đã được thiết lập vào cuối thế kỷ XIX và đầu thế kỷ XX. Kỷ nguyên phân tử đã làm rõ rằng tái tổ hợp giảm phân được khởi đầu bằng các đứt gãy sợi đôi DNA được lập trình và rằng các điểm bắt chéo là cần thiết về mặt cơ học cho sự phân ly trung thực; các công trình nghiên cứu di truyền học người song song đã truy nguyên phần lớn các trường hợp lệch bội là do lỗi giảm phân của mẹ, coi hiệu ứng tuổi mẹ là một vấn đề trung tâm chưa được giải quyết (Hassold & Hunt, 2001; Hunter, 2015).
Key figures
- Terry Hassold
- Patricia Hunt
- Neil Hunter
- Mary Ann Handel
Related topics
Seminal works
- hassold-hunt-2001
- nagaoka-2012
- hunter-2015
Frequently asked questions
- Giảm phân khác nguyên phân như thế nào?
- Nguyên phân là một lần phân chia tạo ra hai tế bào lưỡng bội giống hệt nhau về mặt di truyền; giảm phân là hai lần phân chia liên tiếp sau một lần sao chép DNA duy nhất, tạo ra bốn tế bào đơn bội và bao gồm sự bắt cặp tương đồng và tái tổ hợp trong lần phân chia đầu tiên.
- Tại sao giảm phân lại bao gồm tái tổ hợp?
- Tái tổ hợp xáo trộn các alen để tạo ra sự đa dạng di truyền, và các điểm bắt chéo tạo thành liên kết vật lý các nhiễm sắc thể tương đồng để chúng có thể sắp xếp và phân ly chính xác trong giảm phân I.