La ricombinazione genica è lo scambio di materiale genetico tra organismi diversi. Risulta nella produzione di prole con combinazioni di tratti che differiscono da quelli riscontrati in entrambi i genitori. La maggior parte di questi scambi genetici avviene naturalmente.
Come succede
La ricombinazione genica inizia come risultato della separazione dei geni durante la formazione dei gameti durante la meiosi, la fecondazione e l'incrocio. L'incrocio consente agli alleli sulle molecole di DNA di cambiare posizione da un segmento cromosomico omologo a un altro. La ricombinazione è responsabile della diversità genetica di una specie o di una popolazione.
Struttura cromosomica
I cromosomi si trovano all'interno del nucleo delle cellule. Sono formati dalla cromatina, una massa di materiale genetico costituito da DNA che è avvolto strettamente attorno a proteine chiamate istoni. Il cromosoma è solitamente a singolo filamento ed è costituito da una regione centromerica che collega le regioni lunga e corta.
Duplicazione dei cromosomi
Quando una cellula entra nel suo ciclo vitale, i suoi cromosomisono duplicati attraverso la replicazione del DNA in preparazione alla divisione. Ogni cromosoma duplicato è costituito da due cromosomi identici, chiamati cromatidi fratelli. Sono associati alla regione del centromero. Quando le cellule si dividono, si formano insiemi accoppiati. Sono costituiti da un cromosoma (omologo) di ciascun genitore.
Scambio cromosomico
La ricombinazione genica durante il crossing over è stata descritta per la prima volta da Thomas Hunt Morgan. Negli eucarioti, è facilitato dall'incrocio dei cromosomi. Il processo di incrocio fa sì che la prole abbia diverse combinazioni di geni e possa produrre nuovi alleli chimerici. Ciò consente agli organismi che si riproducono sessualmente di evitare il cricchetto di Moeller, in cui i genomi di una popolazione asessuale accumulano delezioni genetiche in modo irreversibile.
Durante la profase I, i quattro cromatidi sono strettamente collegati. In questa formazione, i siti omologhi su due molecole possono accoppiarsi strettamente tra loro e scambiare informazioni genetiche. La ricombinazione genica può avvenire ovunque lungo il cromosoma. La sua frequenza tra due punti dipende dalla distanza che li separa.
Significato
Tracciare il movimento dei geni a seguito di crossover si è dimostrato molto utile per i genetisti. Ciò consente di determinare la distanza di due geni su un cromosoma. La scienza può anche utilizzare questo metodo per dedurre la presenza di determinati geni. Una molecola in una coppia legata funge da marker per rilevare la presenza dell' altra. Viene utilizzato per rilevare la presenza di agenti patogenigeni.
La frequenza di ricombinazione tra due loci osservati è il valore di intersezione. Dipende dalla distanza reciproca dei fuochi genetici osservati. Per qualsiasi insieme fisso di condizioni ambientali, la ricombinazione in una particolare regione della struttura del legame (il cromosoma) tende ad essere costante. Lo stesso vale per il valore di intersezione, che viene utilizzato durante la generazione di mappe genetiche.
Meiosi
Il crossover cromosomico implica lo scambio di cromosomi accoppiati ereditati da ciascun genitore. La meiosi, come base della ricombinazione genica, gioca un ruolo importante in questo processo. I modelli molecolari di questo processo si sono evoluti nel corso degli anni man mano che le prove si sono accumulate. Il nuovo modello dimostra che due dei quattro cromatidi presenti all'inizio della meiosi (profase I) sono accoppiati tra loro e sono in grado di interagire. In esso avviene la ricombinazione di cromosomi e geni. Tuttavia, le spiegazioni della funzione adattativa della meiosi che si concentrano esclusivamente sull'intersezione non sono sufficienti per la maggior parte degli eventi di scambio.
Mitosi e cromosomi non omologhi
Nelle cellule eucariotiche, il crossover può verificarsi anche durante la mitosi. Ciò si traduce in due cellule con materiale genetico identico. Qualsiasi crossover che si verifica tra cromosomi omologhi nella mitosi non produce una nuova combinazione di geni.
L'incrocio che si verifica in cromosomi non omologhi può produrre una mutazione nota cometraslocazione. Si verifica quando un segmento di un cromosoma si separa e si sposta in una nuova posizione su una molecola non omologa. Questo tipo di mutazione può essere pericoloso in quanto porta spesso allo sviluppo di cellule cancerose.
Conversione genica
Quando i geni vengono trasformati, parte del materiale genetico viene copiato da un cromosoma all' altro senza cambiare il donatore. La conversione genica avviene ad alta frequenza nella posizione effettiva. Questo è il processo mediante il quale una sequenza di DNA viene copiata da un'elica all' altra. La ricombinazione di geni e cromosomi è stata studiata negli incroci fungini, dove è conveniente osservare i quattro prodotti delle singole meiosi. Gli eventi di conversione genica possono essere distinti come deviazioni nella divisione cellulare individuale dalla normale segregazione 2:2.
Ingegneria genetica
La ricombinazione genica può essere artificiale e deliberata. Viene utilizzato su frammenti di DNA disparati, spesso provenienti da organismi diversi. Si ottiene così il DNA ricombinante. La ricombinazione artificiale può essere utilizzata per aggiungere, rimuovere o modificare i geni di un organismo. Questo metodo è importante per la ricerca biomedica nel campo dell'ingegneria genetica e proteica.
Recupero ricombinante
Durante la mitosi e la meiosi, il DNA danneggiato da vari fattori esogeni può essere salvato dalla fase di riparazione omologa (HRS). Negli esseri umani e nei roditori, una carenza nei prodotti genici richiesti per FGF durante la meiosi provoca infertilità.
Batterila trasformazione è il processo di trasferimento genico che di solito avviene tra singole cellule della stessa specie. Implica l'integrazione del DNA del donatore nel cromosoma del ricevente attraverso la ricombinazione genica. Questo processo è un adattamento per riparare le cellule danneggiate. La trasformazione può favorire i batteri patogeni consentendo la riparazione del danno al DNA che si verifica nell'ambiente ossidativo e infiammatorio associato all'infezione dell'ospite.
Quando due o più virus, ciascuno contenente un danno genomico letale, infettano la stessa cellula ospite, i genomi possono accoppiarsi tra loro e passare attraverso l'FGP per produrre una progenie vitale. Questo processo è chiamato riattivazione della molteplicità. È stato studiato in diversi virus patogeni.
Ricombinazione nelle cellule procariotiche
Anche le cellule procariotiche, come i batteri unicellulari senza nucleo, subiscono una ricombinazione genetica. In questo caso, i geni di un batterio sono inclusi nel genoma di un altro per incrocio. La ricombinazione batterica avviene mediante i processi di coniugazione, trasformazione o trasduzione.
Nella coniugazione, un batterio è connesso a un altro attraverso una struttura tubolare proteica. Nel processo di trasformazione, i procarioti prelevano il DNA dall'ambiente. Molto spesso provengono da cellule morte.
Nella trasduzione, il DNA viene scambiato attraverso un virus che infetta i batteri, noto come batteriofago. Una volta che la cellula estranea è interiorizzata attraverso la coniugazione, la trasformazione o la trasduzione,il batterio può inserire i suoi segmenti nel proprio DNA. Questo trasferimento avviene per incrocio e porta alla creazione di una cellula batterica ricombinante.
