Giảm phân và Tái tổ hợp

Giảm phân là quá trình phân chia tế bào chuyên biệt làm giảm một nửa số lượng nhiễm sắc thể để tạo ra giao tử, và tái tổ hợp trong quá trình này sắp xếp lại vật liệu di truyền giữa các nhiễm sắc thể tương đồng.

Definition

Giảm phân là một quá trình phân chia tạo ra bốn tế bào đơn bội từ một tế bào lưỡng bội thông qua hai vòng phân chia sau một vòng sao chép DNA duy nhất; tái tổ hợp là sự trao đổi vật liệu di truyền giữa các nhiễm sắc thể tương đồng trong quá trình này.

Scope

Chủ đề này bao gồm hai lần phân chia liên tiếp của giảm phân, sự bắt cặp của các nhiễm sắc thể tương đồng, trao đổi chéo và tái tổ hợp tương đồng, các lần phân chia giảm nhiễm và nguyên nhiễm, và cách giảm phân tạo ra các tế bào đơn bội và sự biến đổi di truyền.

Core questions

• Giảm phân làm giảm một nửa số lượng nhiễm sắc thể như thế nào?
• Điều gì xảy ra trong quá trình bắt cặp của các nhiễm sắc thể tương đồng?
• Trao đổi chéo tạo ra sự biến đổi di truyền như thế nào?
• Hai lần phân chia giảm phân khác nhau như thế nào và khác với nguyên phân như thế nào?

Key theories

Phân chia giảm nhiễm và phân ly độc lập

Giảm phân tách các nhiễm sắc thể tương đồng trong lần phân chia thứ nhất và các nhiễm sắc tử chị em trong lần thứ hai, và sự định hướng ngẫu nhiên của các cặp nhiễm sắc thể tương đồng, cùng với trao đổi chéo, tạo ra các giao tử đa dạng về mặt di truyền.

Mechanisms

Sau một vòng sao chép DNA, các nhiễm sắc thể tương đồng bắt cặp dọc theo chiều dài của chúng và trải qua tái tổ hợp tương đồng, tạo thành các điểm trao đổi chéo liên kết vật lý các nhiễm sắc thể tương đồng và trao đổi các đoạn. Trong lần phân chia giảm phân thứ nhất, các nhiễm sắc thể tương đồng đã bắt cặp được tách ra, làm giảm số lượng nhiễm sắc thể; trong lần phân chia thứ hai, các nhiễm sắc tử chị em tách ra như trong nguyên phân. Sự định hướng độc lập của mỗi cặp nhiễm sắc thể tương đồng và trao đổi chéo cùng nhau tạo ra sự biến đổi di truyền giữa các giao tử đơn bội được tạo thành.

Clinical relevance

Giảm phân giải thích cách sinh sản hữu tính duy trì số lượng nhiễm sắc thể qua các thế hệ và tạo ra sự đa dạng di truyền, kết nối sinh học tế bào với di truyền học và tiến hóa. Cách trình bày ở đây mang tính mô tả và không mang tính kê đơn.

History

Tế bào học cuối thế kỷ XIX đã xác định giảm phân là cơ sở của việc giảm số lượng nhiễm sắc thể trong giao tử; nhóm của Morgan đã liên kết tái tổ hợp với trao đổi chéo giữa các nhiễm sắc thể, và các nghiên cứu về ngô của McClintock đã làm sáng tỏ hành vi và sự trao đổi của nhiễm sắc thể trong quá trình giảm phân.

Key figures

• August Weismann
• Thomas Hunt Morgan
• Barbara McClintock

Seminal works

• alberts2014
• cooper2019

Frequently asked questions

Tại sao giảm phân lại bao gồm hai lần phân chia?

Lần phân chia thứ nhất tách các nhiễm sắc thể tương đồng để giảm một nửa số lượng nhiễm sắc thể, và lần thứ hai tách các nhiễm sắc tử chị em, do đó một tế bào lưỡng bội duy nhất tạo ra bốn tế bào đơn bội.

Trao đổi chéo tạo ra sự biến đổi như thế nào?

Trao đổi chéo trao đổi các đoạn giữa các nhiễm sắc thể tương đồng đã bắt cặp, tạo ra các tổ hợp alen mới khác với nhiễm sắc thể của bố hoặc mẹ.