Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

7.6: Генетична варіація

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    5945

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Що допомагає забезпечити виживання виду?

    Генетична варіація. Саме ця варіація і є суттю еволюції. Без генетичних відмінностей серед особин «виживання найбільш пристосованих» було б малоймовірним. Або всі виживають, або всі гинуть.

    Профільні фотографії різних людей
    Малюнок\(\PageIndex{1}\): Фотографії профілю

    Генетичні варіації

    Статеве розмноження призводить до нескінченних можливостей генетичних варіацій. Іншими словами, статеве розмноження призводить до появи потомства, яке генетично унікальне. Вони відрізняються від обох батьків, а також один від одного. Відбувається це з ряду причин.

    • Коли гомологічні хромосоми утворюють пари під час профази I мейозу I, може статися схрещування. Кросинг-овер - це обмін генетичним матеріалом між гомологічними хромосомами. Це призводить до нових комбінацій генів на кожній хромосомі.
    • Коли клітини діляться під час мейозу, гомологічні хромосоми випадково розподіляються по дочірнім клітинам, а різні хромосоми сегрегують незалежно один від одного. Це називається незалежним асортиментом. В результаті утворюються гамети, які мають унікальні комбінації хромосом.
    • При статевому розмноженні дві гамети об'єднуються для отримання потомства. Але які два з мільйонів можливих гамет це будуть? Це, ймовірно, буде справою випадковості. Очевидно, це ще одне джерело генетичних змін у потомстві. Це відоме як випадкове запліднення.

    Всі ці механізми, що працюють разом, призводять до дивовижної кількості потенційних змін. Наприклад, кожна людська пара має потенціал для отримання понад 64 трильйонів генетично унікальних дітей. Не дивно, що всі ми різні!

    Кросинг-Овер

    Кросинг-овер відбувається під час профази I, і це обмін генетичним матеріалом між несестринськими хроматидами гомологічних хромосом. Нагадаємо, під час профази I гомологічні хромосоми шикуються парами, ген-для-ген вниз по всій довжині, утворюючи конфігурацію з чотирма хроматидами, відомими як тетрада. У цей момент хроматиди знаходяться дуже близько один до одного і якийсь матеріал з двох хроматидів перемикає хромосоми, тобто матеріал відривається і знову прикріплюється в одному положенні на гомологічної хромосомі (рис.\(\PageIndex{2}\)). Цей обмін генетичним матеріалом може відбуватися багато разів в межах однієї пари гомологічних хромосом, створюючи унікальні комбінації генів. Цей процес також відомий як рекомбінація.

    Хромосомний генний обмін і рекомбінація
    Малюнок\(\PageIndex{2}\): Кросинг-овер. Материнська нитка ДНК показана червоним кольором. Батьківська нитка ДНК показана синім кольором. Схрещування виробляє дві хромосоми, яких раніше не існувало. Процес рекомбінації передбачає розрив і повторне приєднання батьківських хромосом (M, F). Це призводить до генерації нових хромосом (C1, C2), які поділяють ДНК обох батьків.

    Під час профази I хромосоми конденсуються і стають видимими всередині ядра. У міру того, як ядерна оболонка починає руйнуватися, гомологічні хромосоми рухаються ближче один до одного. Синаптонемний комплекс, решітка білків між гомологічними хромосомами, утворюється в певних місцях, поширюючись на всю довжину хромосом. Щільне спарювання гомологічних хромосом називається синапсисом. При синапсі гени на хроматидах гомологічних хромосом вирівнюються один з одним. Синаптонемальний комплекс також підтримує обмін хромосомними сегментами між несестринськими гомологічними хроматидами в процесі, який називається перетином. Події кросовера є першим джерелом генетичних варіацій, вироблених мейозом. Одне перехресне подія між гомологічними несестринськими хроматидами призводить до обміну ДНК між хромосомами. Після кросовера відбувається руйнування синаптонемального комплексу і також видаляється когезиновий зв'язок між гомологічними парами. Наприкінці профази I пари тримаються разом лише на хіазматах; їх називають тетрадами, оскільки тепер видно чотири сестринські хроматиди кожної пари гомологічних хромосом.

    несестринські хроматиди тетради обмінялися своїм генетичним матеріалом
    Малюнок\(\PageIndex{3}\): Кросовер між гомологічними хромосомами Кросовер відбувається між несестринськими хроматидами гомологічних хромосом. Результатом є обмін генетичним матеріалом між гомологічними хромосомами. Це відбувається, коли гомологічні хромосоми вирівнюються. Хроматиди з кожної хромосоми можуть перетинатися і рекомбінувати (міняти місцями ділянки). В результаті утворюються дві рекомбінантні хромосоми і дві нерекомбінантні хромосоми.

    Незалежний асортимент та випадкове запліднення

    Під час метафази I тетради переміщаються на метафазну пластину з кінетохорами, зверненими до протилежних полюсів. Гомологічні пари орієнтуються випадковим чином на екваторі. Ця подія є другим механізмом, який вносить варіації в гамети або суперечки. У кожній клітині, яка піддається мейозу, розташування тетрад різне. Кількість варіацій залежить від кількості хромосом, що складають набір. Існує дві можливості орієнтації на метафазній пластині. Отже, можлива кількість вирівнень дорівнює 2 n, де n - кількість хромосом в наборі. З огляду на ці два механізми, вкрай малоймовірно, що будь-які дві гаплоїдні клітини, отримані в результаті мейозу, матимуть однаковий генетичний склад.

    незалежний асортимент двома різними способами породжує різноманітність гамет.
    Малюнок\(\PageIndex{4}\): Мейоз I забезпечує унікальні гамети Випадковий, незалежний асортимент під час метафази I можна продемонструвати, розглянувши клітину з набором двох хромосом (n = 2). При цьому можливі два розташування на екваторіальній площині в метафазі I. Загальна можлива кількість різних гамет дорівнює 2n, де n дорівнює числу хромосом у наборі. У цьому прикладі існує чотири можливі генетичні комбінації для гамет. При n = 23 в клітині людини існує понад 8 мільйонів можливих комбінацій батьківських і материнських хромосом.

    У людини існує понад 8 мільйонів конфігурацій, в яких хромосоми можуть вибудовуватися під час метафази I мейозу. Саме специфічний процес мейозу, в результаті якого утворюються чотири унікальні гаплоїдні клітини, призводить до цих численних комбінацій. Цей незалежний асортимент, в якому хромосома, успадкована або від батька, або матері, може сортуватися в будь-яку гамету, створює потенціал для величезних генетичних варіацій. Разом з випадковим заплідненням між будь-якими двома людьми існує більше можливостей для генетичних варіацій, ніж кількість живих сьогодні особин. Статеве розмноження - це випадкове запліднення гамети від самки за допомогою гамети від самця. Сперматозоїд із понад 8 мільйонами хромосомних комбінацій запліднює яйцеклітину, яка також має понад 8 мільйонів комбінацій хромосом. Тобто понад 64 трильйони унікальних комбінацій, не рахуючи унікальних комбінацій, вироблених кросінг-овером.

    Рецензія

    1. Що таке кросінг-овер і коли він виникає?
    2. Опишіть, як кросинг, незалежний асортимент та випадкове запліднення призводять до генетичних змін.
    3. Скільки комбінацій хромосом можливо від статевого розмноження у людини?
    4. Створіть діаграму, щоб показати, як відбувається кросинг-овер і як він створює нові комбінації генів на кожній хромосомі.

    Дізнатися більше

    https://bio.libretexts.org/link?16758#Explore_More

    Атрибуції

    1. Стратегії різноманітності постачальників за профілями в журналі різноманітності, CC BY 3.0 через Wikimedia Commons
    2. Хромосомна рекомбінація Девіда Екклса (Грінгера), ліцензованого CC BY 2.5 через Wikimedia Commons
    3. Перетин через OpenStax, ліцензований CC BY 4.0
    4. Незалежний асортимент від OpenStax, ліцензований CC BY 4.0
    5. Текст адаптований з біології людини CK-12 ліцензований CC BY-NC 3.0