Какова биологическая роль кроссинговера кратко

Обновлено: 02.07.2024

В итоге при первом делении мейоза каждая дочерняя клетка наследует две копии одного из двух гомологов и поэтому содержит диплоидное количество ДНК. Однако каждая появившаяся дочерняя клетка уже отличается от родительских диплоидных клеток в двух направлениях:

обе копии ДНК происходят лишь от одной из двух гомологичных хромосом — либо от отцовской, либо от материнской;
эти две копии дочерняя клетка получает в виде тесно связанных, составляющих единую хромосому сестринских хроматид, в которых уже произошёл перекрёстный обмен отдельными участками ДНК.

Кроссинговер - процесс, во время которого гомологичные хромосомы обмениваются определенными участками. Перекрест хромосом приводит новые комбинации (рекомбинации) аллелей различных генов и является важнейшим механизмом обеспечения комбинативной изменчивости в популяциях, который поставляет материал для естественного отбора. Рекомбинация - это перераспределение генетической информации у потомков, в основе которой при сцепленном наследовании лежит кроссинговер (межгенная рекомбинация).

Происходит кроссинговер в профазе I мейоза и после конъюгации приводит к перераспределению генов в хромосомах. Это явление носит случайный характер и может происходить в любом участке гомологичных хромосом. Исследование кроссинговера, проведенные на разных организмах, выявили следующие закономерности:

■ сила сцепления между двумя генами, расположенными в одной хромосоме, обратно пропорциональна расстоянию между ними, следовательно, чем это расстояние больше, тем чаще происходит кроссинговер;

■ частота кроссинговера зависит от расстояния между генами и выражается в процентах;

■ частота кроссинговера между двумя генами, расположенными в одной хромосоме, является величиной постоянной для каждой конкретной пары генов;

■ величина кроссинговера измеряется отношением количества кроссоверных особей к общему количеству особей в потомстве от анализирующего скрещивания.

Хотя частота кроссинговера является величиной постоянной, на нее могут влиять некоторые факторы внешней и внутренней среды: изменения в строении отдельных хромосом, температура, рентгеновские лучи, некоторые химические соединения и др.. У некоторых организмов обнаружена зависимость частоты кроссинговера от возраста (например, у дрозофил) или пола (например, у мышей).

3. Генетические карты хромосом

Генетические карты - это графическое изображение хромосом с указанным порядком расположения генов и расстояния между ними.

Работы Т. X. Моргана и его коллег показали, что частота кроссинговера между одними и теми же генами - величина постоянная. За единицу расстояния между генами принята

1 морганида, равна/ % кроссинговера. Например, расстояние между генами серой окраски тела и длинных крыльев (также черной окраски тела и зачаточных крыльев) у дрозофилы равно 17%, или 17 морганидам.

Рассчитывают расстояние между генами по формуле:

L_{AB =}

где LAB - расстояние между генами; m и n - количество особей в каждой кроссоверной группе потомков;

N - общее число некросоверных и кросоверных потомков при скрещивании.

Размеры карт определяются суммой расстояний между генами. Генетические карты большинства организмов имеют вид прямой линии, а бактерий и вирусов - замкнутого кольца. Строят карты на базе следующих методов: гибридологического анализа, гибридизации соматических клеток различных видов, меченых фрагментов ДНК и др..

Генетические карты имеют значение для проведения селекционной работы, диагностики тяжелых наследственных болезней человека и др. Знания о локализации гена в определенной хромосоме используются при диагностике ряда тяжелых наследственных заболеваний человека. Уже теперь появилась возможность для генной терапии, то есть для исправления структуры или функции генов.

Сравнение генетических карт разных видов живых организмов способствует также пониманию эволюционного процесса

■ частота кроссинговера зависит от расстояния между генами и выражается в процентах;

3. Генетические карты хромосом

Рассчитывают расстояние между генами по формуле:

L_{AB =}

где LAB - расстояние между генами; m и n - количество особей в каждой кроссоверной группе потомков;

N - общее число некросоверных и кросоверных потомков при скрещивании.

Кроссинго́вер (другое название в биологии перекрёст) — явление обмена участками гомологичных хромосом во время конъюгации при мейозе. Помимо мейотического описан также митотический кроссинговер.

Биологическое значение кроссинговера чрезвычайно велико, поскольку генетическая рекомбинация позволяет создавать новые, ранее не существовавшие комбинации генов и тем самым повышать наследственную изменчивость, которая дает широкие возможности адаптации организма в различных условиях среды. Человек специально проводит гибридизацию с целью получения необходимых вариантов комбинаций для использования в селекционной работе.

Биологическую роль хромосом сложно не заметить. Правила стабильности числа, парности, индивидуальности, сложное поведение мейоза и митоза укрепили биологов во мнении, что хромосомы значимы и напрямую связаны, в частности, с передачей наследственных признаков.

Если гены, определяющие комбинированные признаки, находятся в разных парах гомологических хромосом, то происходит независимое комбинирование признаков. Поэтому любой организм имеет количество генов, ограниченное числом пар хромосом, которые могут независимо комбинироваться в мейозе.

К примеру, у кукурузы насчитывается больше 500 генов, у мухи дрозофилы — свыше 1000. У человека больше 30 тысяч генов, при том, что хромосом — 10, 4 и 23 пары.

Это говорит о том, что каждая хромосома содержит огромное количество генов.

Находящиеся в одной хромосоме и образующие группу сцепления гены наследуются вместе.

Сцепленное наследование — это общее наследование генов по Томасу Хант Моргану.

Из этого положения следует, что специфика гаплоидного набора хромосом определяет количество групп сцепления.

Сцепление не всегда бывает абсолютным — к этому заключению пришел Томас Хант Морган в своих дальнейших исследованиях. Он проводил эксперименты на плодовых мушках дрозофилах и выяснил, что полное сцепление случается только в 83% случаев: у одной половины потомства были длинные крылья и серое тело (41,5%), у другой — короткие крылья и черное тело (признаки только родительских форм). 17% случаев связаны с перекомбинацией признаков: 8,5% имело короткие крылья и серое тело, а другие 8,5% — длинные крылья и черное тело.

Причина нарушения сцепления генов — в кроссинговере.

Что такое кроссинговер?

Кроссинговер — это перекрест хромосом, который происходит в профазе I мейоза.

Чем больше расстояние между генами в хромосомах, тем выше вероятность перекреста и больше количество гамет, образованных в результате перекомбинации генов. Частота кроссинговера пропорциональна расстоянию, на котором находятся гены друг от друга. Основное биологическое значение кроссинговера — в увеличении комбинативной изменчивости, которая дает материал для естественного отбора.

Если говорить о количестве, то расстояние между генами коррелирует с частотой, с которой появляются кроссинговерные организмы. В примере выше этот показатель равен 17%. Это расстояние описывает силу сцепления и обозначается процентами рекомбинации кроссинговера или морганидами.

Один процент кроссинговера = одна морганида.

У одних генов наблюдается высокий процент сцепления, а у других — почти не выявляется. При этом в варианте сцепленного наследования максимальная величина кроссенговера — не больше 50%. Если этот показатель будет выше, то пары аллелей смогут беспрепятственно комбинироваться — в таком случае кросенговер невозможно будет отличить от независимого наследования.

Процент кроссинговера учитывается при составлении генетических карт хромосом, с нанесенным на них относительным расстоянием между генами.

Биологическое значение кроссинговера сложно переоценить. Благодаря генетической рекомбинации создаются условия для образования новых комбинаций генов и обеспечивается более высокая жизнеспособность организмов в ходе эволюции.

Основные положения хромосомной теории наследования

Впервые наблюдение хромосом в гаметах и зиготах стало возможно в конце 19 века, когда появились усовершенствованные микроскопы и цитологические методы. Важную роль ядра в регулировании развития признаков организма показал в 1902 году ученый Бовери. Еще ранее, в 1882 году, ученый Флемминг описал поведение хромосом во время митоза. А в 1900 году повторно были открыты законы Менделя. Независимо друг от друга, их оценили трое ученых: Фриз, Корренс и Чермак.

Американский цитолог У. Сеттон и немецкий эмбриолог Т. Бовери, взяв за основу описанные выше данные, предположили, что хромосомы — носители наследственной информации. Так была сформулирована хромосомная теория наследственности.

Согласно этой теории, каждая пара генов находится в паре гомологических хромосом, при этом, каждая хромосома является носителем одного гена. Поскольку у каждого организма признаков намного больше, чем хромосом, то в каждой хромосоме должно находиться большое количество генов.

Автором хромосомной теории наследования признан американский генетик Томас Хант Морган, который обнаружил линейный порядок расположения генов в хромосоме.

Описанные им закономерности, которые подтвердились и углубились позже на различных объектах, получили название хромосомной теории наследования.

Читайте также: