7.10
بخلاف الحفاظ على استقرار الجينوم عن طريق إصلاح الحمض النووي، تلعب إعادة التركيب المتماثل دورًا مهمًا في تنويع الجينوم. في الواقع، تشكل إعادة تركيب الت…
على عكس الانقسام(الخيطى)الميتوزى حيث الكسور ذات الشريط المزدوج عرضية في الانقسام الاختزالي يتم إنشاؤهم بواسطة إنزيم يسمى 00:00:07.240 00:00:11.500 إس بى أوه 11 الذي يشق البنية الأساسية للفوسفوديستر. 00:00:11.500 00:00:13.690 يتم تشذيب(تسوية)النهايات المزدوجة المكسورة 00:00:13.690 00:00:17.140 بواسطة مركب بروتين يسمى إم آر إكس والتلف يتم إصلاحه من خلال عملية تسمى التحويل الجيني. هنا شريط الدى إن إيه المستقبل التالف 00:00:23.920 00:00:26.800 يغزو دى إن إيه المانح مزدوج التماثل 00:00:26.800 00:00:28.960 لتشكيل حلقة الإزاحة.
هذا يخلق مناطق من الدى إن إيه مزدوجة الإختلاف حيث شريط من الدى إن أيه المعطى يقترن مع شريط مكمل من ال دى إن إيه المستقبل. يمد الدى إن إيه بوليميريز الشريط الغازى, والحلقة الممتدة-دى بعد ذلك تقترن ب ال الطرف3 الحر. تخليق الدى إن إيه على الخيط الملتقط حديثا ينتج عنه تكوين وسيط مع اثنين من المركبات ذات الاربع أشرطة تسمى تقاطعات هوليداي.
00:00:57.090 00:00:59.360 هذه التقاطعات المزدوجة المتوسطة يتم حلها عن طريق إنزيمات إصلاح دى إن أيه تسمى ريسولفاز 00:01:03.620 00:01:05.840 وهناك توجهان الذي فيهما يمكن شق التقاطعات. فى الأول،يشق ريسولفاز كل تقاطع أفقيا 00:01:12.350 00:01:16.380 بحيث يكون خيوط الوالدان لا تزال سليمة. ينتج عن هذا منتج غير متقاطع وسمى بذلك لأن الشرائط بعد الكسور تبقى مع شركاءهم الاصليون, وهناك 00:01:24.150 00:01:28.830 لا يوجد معبر رئيسي للشرائط المعطى والمستقبل.
بدلا من ذلك إذا كان الشق يحدث عموديا المناطق المحاطة بالضرر يتم تبديلها مما يؤدي إلى منتج متحوّل،حيث شريط المانح بعد الكسر يعاد تجميعه مع شريط المستقبل. التحويل الجيني له تأثير كبير على التنوع الجينومى. في الكائنات التى تتكاثر جنسيا, النسل يرث مجموعة واحدة من جينات من الأب ومجموعة واحدة من الأم.
مجموعات الدى إن أيه للوالدين تتجمع،والكروماتيدات الشقيقة تخضع للتحويل الجيني. ينتج عن هذا ذرية لها الكروموسومات الجديدة مقارنة بأولئك من الوالدين.
Q1: How does gene conversion repair double-strand breaks during meiosis?
Gene conversion repairs double-strand breaks created by Spo11 enzyme during meiosis. The damaged acceptor DNA strand invades a homologous donor DNA duplex, forming a displacement loop. DNA polymerase extends the invading strand, creating heteroduplex DNA regions where donor and acceptor strands pair. This process ultimately resolves into either crossover or non-crossover products through Holliday junction cleavage.
Q2: What are Holliday junctions and how are they resolved?
Holliday junctions are four-strand DNA structures formed during gene conversion when the extended D-loop pairs with the free 3' tail. Two Holliday junctions create an intermediate structure that resolvase enzymes cleave in two possible orientations. Horizontal cleavage produces non-crossover products where parental strands remain intact, while vertical cleavage generates crossover products with recombined donor and acceptor strands.
Q3: What is the difference between crossover and non-crossover products in gene conversion?
Non-crossover products result from horizontal Holliday junction cleavage, keeping parental strands with their original partners without major strand exchange. Crossover products arise from vertical cleavage, causing regions flanking the damage to switch, so donor strands recombine with acceptor strands. Both outcomes contribute to genomic diversity but through different recombination patterns.
Q4: How does gene conversion contribute to genomic diversity in offspring?
Gene conversion increases genomic diversity by recombining parental DNA sets during meiosis. Offspring inherit one gene set from each parent, and sister chromatids undergo gene conversion, creating novel chromosomes different from either parent. This recombination of sequences forms the molecular basis of genomic evolution, generating new amalgamated sequences that determine cell fitness and survival.
Q5: What role do the MRX protein complex and Spo11 enzyme play in gene conversion?
Spo11 enzyme deliberately creates double-strand breaks during meiosis by cleaving the phosphodiester backbone, unlike accidental breaks in mitosis. The MRX protein complex then trims the broken helical ends, preparing them for repair. Together, these proteins initiate the gene conversion process that repairs damage while promoting genetic recombination and diversity.
Q6: What is heteroduplex DNA and how does it form during gene conversion?
Heteroduplex DNA forms when a strand from donor DNA pairs with a complementary strand from acceptor DNA during gene conversion. This occurs after the acceptor strand invades the donor duplex and creates a displacement loop. The heteroduplex regions represent mismatched base pairing between the two DNA sources, which DNA polymerase extends to complete the repair process.
Q7: How do alleles and phenotypes change through gene conversion in offspring?
Gene conversion alters the distribution of alleles between homologous chromosomes, changing a gene's form or manifestation in offspring. Minor sequence differences between homologous chromosomes don't affect gene function but determine which allele is expressed. For example, a hair color gene's allele determines whether hair is black, blonde, or red, and gene conversion redistributes these allelic variants among offspring.