Giảm phân và Phân chia tế bào mầm

Giảm phân là quá trình phân chia tế bào chuyên biệt tạo ra giao tử đơn bội từ các tiền chất tế bào mầm lưỡng bội. Một vòng sao chép DNA duy nhất được theo sau bởi hai lần phân chia liên tiếp, làm giảm một nửa số lượng nhiễm sắc thể và, thông qua tái tổ hợp và phân ly độc lập, tạo ra sự đa dạng di truyền giữa các trứng và tinh trùng được tạo ra.

Definition

Giảm phân là một dạng phân chia tế bào mầm trong đó một vòng sao chép DNA được theo sau bởi hai lần phân chia nhân liên tiếp, tạo ra bốn tế bào đơn bội từ một tiền chất lưỡng bội; các nhiễm sắc thể tương đồng bắt cặp và tái tổ hợp rồi phân ly trong giảm phân I, trong khi các chromatid chị em tách rời trong giảm phân II.

Scope

Mục này mô tả hai lần phân chia giảm phân (giảm phân I và II), sự bắt cặp và tái tổ hợp của các nhiễm sắc thể tương đồng, sự phân ly giảm nhiễm làm giảm một nửa bội thể, vai trò của giảm phân trong quá trình tạo giao tử, và cách các lỗi trong phân ly nhiễm sắc thể dẫn đến lệch bội. Mục này coi giảm phân là một chủ đề về sinh học tế bào và tế bào mầm, không phải là hướng dẫn lâm sàng.

Key concepts

• Phân chia giảm nhiễm (giảm phân I) và phân chia nguyên nhiễm (giảm phân II)
• Bắt cặp nhiễm sắc thể tương đồng (tiếp hợp)
• Bắt chéo và tái tổ hợp
• Chiasmata và phức hợp synaptonemal
• Phân ly độc lập
• Giao tử đơn bội và thụ tinh
• Lệch bội và không phân ly

Mechanisms

Sau một vòng sao chép DNA duy nhất, giảm phân thực hiện hai lần phân chia. Trong giảm phân I, các nhiễm sắc thể tương đồng bắt cặp (tiếp hợp), trao đổi các đoạn bằng cách bắt chéo để tạo thành các chiasmata, và sau đó được phân ly về các cực đối diện — một lần phân chia giảm nhiễm làm giảm một nửa số lượng nhiễm sắc thể. Một đặc điểm phân tử xác định, được Petronczki và các đồng nghiệp tổng quan, là các kinetochore chị em được định hướng về cùng một cực (định hướng đơn) và sự gắn kết dọc theo các cánh nhiễm sắc thể được giải phóng trong giảm phân I trong khi sự gắn kết tâm động được bảo vệ cho đến giảm phân II, khi các chromatid chị em cuối cùng tách rời. Hai lần phân chia do đó phân phối một chromatid của mỗi nhiễm sắc thể tương đồng vào mỗi trong bốn sản phẩm đơn bội. Các lỗi trong quá trình này — không phân ly — tạo ra các giao tử có số lượng nhiễm sắc thể sai; Hassold và Hunt tổng quan về cách các lỗi giảm phân như vậy là nguồn gốc hàng đầu của lệch bội ở người.

Clinical relevance

Giảm phân là cơ sở tế bào của sự hình thành giao tử, và không phân ly giảm phân được mô tả là nguồn gốc của các lệch bội mà tần suất tăng lên theo tuổi mẹ. Mục này là một mô tả tham khảo về sự phân chia tế bào mầm và sự phát sinh tế bào của lệch bội; nó không cung cấp lời khuyên y tế chẩn đoán hoặc sinh sản.

History

Giảm phân được công nhận vào cuối thế kỷ XIX là sự phân chia giảm một nửa nhiễm sắc thể cần thiết cho sinh sản hữu tính, bổ sung cho các ý tưởng của Weismann về dòng tế bào mầm. Di truyền học tế bào thế kỷ XX đã liên kết tái tổ hợp giảm phân và không phân ly với sự di truyền và các rối loạn nhiễm sắc thể, và công trình phân tử trên các sinh vật mô hình — được tổng hợp bởi Petronczki và các đồng nghiệp — sau đó đã giải thích cách sự gắn kết và định hướng kinetochore thực thi chương trình giảm nhiễm hai bước.

Key figures

• Kim Nasmyth
• Terry Hassold
• Patricia Hunt

Seminal works

• petronczki-2003
• hassold-hunt-2001

Frequently asked questions

Giảm phân khác với nguyên phân như thế nào?

Nguyên phân là một lần phân chia tạo ra hai tế bào lưỡng bội giống hệt về mặt di truyền với tế bào mẹ, trong khi giảm phân bao gồm hai lần phân chia sau một lần sao chép, tạo ra bốn tế bào đơn bội khác nhau về mặt di truyền do tái tổ hợp và phân ly độc lập.

Tại sao giảm phân lại liên quan đến hai lần phân chia?

Lần phân chia đầu tiên (giảm phân I) tách các nhiễm sắc thể tương đồng đã bắt cặp để giảm một nửa số lượng nhiễm sắc thể, và lần phân chia thứ hai (giảm phân II) tách các chromatid chị em tương tự như nguyên phân; cùng nhau chúng biến một tế bào lưỡng bội thành bốn giao tử đơn bội.